利用同时功能以实现经改进性能的多点触摸传感器及静电笔式数字化系统的制作方法

本发明一般来说涉及一种经改进多点触摸传感器以及静电笔式数字化系统、电路及方法。

背景技术：

投射电容性触摸传感器通常包含其上安置用于感测触摸位置的电极的衬底。衬底可为具有高光学透明度以用于观看由显示图像(例如图形按钮及图标)的下伏显示装置显示的图像的耐久玻璃。举例来说，当用户用手指或手写笔在对应于显示装置上所显示的所要选择的位置处触摸衬底的外表面时，通过感测到电极及所述电极之间的电容的改变而确定所述位置。

在一些投射电容性触摸传感器中，电极布置成电极行及电极列。所述行与所述列经由绝缘层彼此电隔离。通过利用方波信号(即，驱动脉冲)驱动第一定向的电极(例如，列电极或驱动电极)而确定触摸位置。耦合到其它定向的电极(例如，水平电极或感测电极)的感测电路测量电极之间的由于存在于列电极与行电极之间的互电容性耦合的电流流动。电流流动量与互电容的值成正比且因此促进对互电容的确定。当用户在列电极与行电极的相交点附近触摸衬底时，所述相交点之间的互电容将改变。

通常，用于测量互电容的感测电路通过将感测电极重复地切换到模拟积分器电路的输入而操作，所述模拟积分器电路包含具有反馈电路的放大器，所述反馈电路包含将放大器输出耦合到放大器输入的电容器。此电路通常包括开关，所述开关仅在驱动驱动电极的驱动脉冲的每一下降边缘之前将积分器的输入耦合到感测电极且接着仅在每一上升边缘之前进行解耦以便仅对一个极性的信号进行积分。接着使积分器的输出数字化且利用经数字化值来确定触摸是否已发生及何时发生。

然而，与电极之间的互电容(其通常测量为几分之一微微法拉(pico-farad))相比，积分器的输入处的开关的寄生电容的相对量值较大。为克服由寄生电容造成的影响，可在准确地确定触摸位置之前执行若干个积分循环。举例来说，积分器可对在感测电极上测量的信号进行积分超过两百个或两百个以上循环，此将针对具有200khz的频率的驱动脉冲花费1ms或更多。用以做出确定的时间长度随着必须被测量的电极数目而增加，此可对于通常具有大量待测量电极的相对大显示器(相对于用于移动装置中的较小pcap显示器)来说影响用户体验。

还可通过仅驱动第一定向的电极(例如，列电极)且仅感测所驱动电极的电流改变而确定触摸位置。感测电路测量电极的由于存在于所驱动电极与到接地的阻抗路径(其可包含从电极到其它电极的路径)之间的电极自电容性耦合的电流流动改变。电流流动量与阻抗路径的值成正比且因此促进对自电容的确定。当用户在电极附近触摸衬底从而使阻抗路径更改到其它电极但也通过用户添加到任何接地电位的新路径时，自电容将改变。

在典型多点触摸系统中，自电容性信噪比比互电容大得多，这是由于以下事实：自电容性信号含有驱动信号、传感器寄生电容以及触摸信号能量改变而互电容信号由于仅含有交叉寄生电容及触摸信号能量改变而小得多。还在典型系统中，自寄生电容较大，这是因为周围通道有效地接地(由于一次仅驱动一个信号)。在此情形中，周围通道为与双轴系统上的通道邻近且还交叉的通道，所述双轴系统包含到触摸区域的递送迹线(其通常为此寄生电容的极大部分)。这些寄生电容与含有高频率谐波的脉冲或方波驱动及取样相互作用。这些谐波含有触摸能量改变的显著部分，所述触摸能量改变的显著部分在沿rc阻抗链来回通过时比基波更快地衰减，从而引起相当大的信号且随着触摸屏阻抗上升而增加信号损失。

在一些先前电容触摸传感器系统中，自电容测量已与保护电极一起使用，其中利用相同信号来驱动邻近电极以便屏蔽所关注电极以免遭目标电极及邻近电极的阻抗路径的电流流动。屏蔽还阻挡到其它邻近路径的电流流动，这是因为邻近屏蔽电极的电压供应几乎所有电流以及这些其它电容及阻抗路径的充电。当正确地执行时，此自电容测量及屏蔽可用于减少由于因导体(例如盐水)的污染导致的误差信号，此将趋向于增加用户触摸且将趋向于将能量桥接到周围阻抗路径。此邻近屏蔽方法并不阻挡与所驱动迹线接近且交叉的交替轴通道且因此仅屏蔽可能阻抗路径的约一半。在触摸传感器上存在盐水污染的情况下测量触摸的能力在一些情形(例如工业、航海或军事应用)中高度需要但对可用的当前解决方案并不良好地起作用。

典型触摸控制电路具有测量不同模式自电容或互电容或者甚至仅测量电极的未驱动状态(作为仅接收外部信号的方法)的能力。但除驱动几个屏蔽电极或驱动/感测对之外，通常取样的模式可仅一次发生一个模式。用以针对每一模式做出确定的时间长度随着必须被测量的电极数目而增加，此可对于通常具有大量待测量电极的相对大显示器(相对于用于移动装置中的较小pcap显示器)来说影响用户体验。

σ-δ模/数转换器(σδadc)已知一段时间但最近变得极受欢迎，这是因为可编程逻辑时钟速度已改进到其中极好转换功能成为可能的点。集中于改进这些转换器速度及功能性的许多新想法及工作已致力于允许此较数字转换方法来替换较标准模拟技术。在触摸领域中，已授予围绕并入已知电容性取样技术及模拟到数字的σ-δ转换的许多改进专利。

美国专利第8089289号具有现有技术的实例，其使用σ-δ转换器且在相同功能的两个实施例图式中展示使用方波驱动及开关电容器功能(利用整流)的互电容性方案，如图20中所展示。

美国专利第7528755号展示现有技术的实例，其使用σ-δ转换器且展示能够进行信号驱动或测量技术(可经由多路复用器选择)的方案，如图21中所展示。

美国专利第8547114号展示现有技术的实例，其使用σ-δ转换器及开关电容器技术，如图22中所展示。

美国专利第8587535号展示现有技术策略的实例，此当前水平互电容多点触摸系统具有同时数字方波型式发射及同时接收、具有同步解调及笔控能力，如图23中所展示。此系统不允许多模式同时触摸屏取样、不具有真正同时取样(由于每一行使用不同位型式，此有效地扰乱接收到的噪声分布)、不能够进行自电容测量且由于方波驱动的使用具有含有主要频率以及其谐波的接收信号频谱(此使较低迹线阻抗成为必要，以防止较高谐波跨越面板的衰减)。

所展示的系统不允许多模式同时触摸屏取样、不具有真正同时取样、使用脉冲或方波取样(此不允许抗混叠滤波)且具有高频率分量从而使较低触摸屏阻抗成为必要，且最后使用具有高寄生电容的多路复用器阵列。

因此，需要可针对(举例来说)自、互及笔的不同模式同时获取数据且具有对不同通道的同时取样的快得多的取样方法。

而且，在一些应用中，为经由信噪比改进(在可能的情况下)减少取样时间，需要连续取样方案及高级滤波器方法、调制及解调方案以及数字域方法。为使成本及电力使用保持尽可能低，电路应尽可能多地在数字领域中。

最后，通过测量阻抗的改变而工作的许多不同触摸传感器为现在可用的，且提供可处置多个传感器类型及配置(包含当前已知的及未来待开发的传感器类型及配置)的系统还是非常需要的。

技术实现要素：

本发明提供可针对举例来说自、互及笔的不同模式同时获取触摸传感器数据电路且具有对不同通道的同时取样的电路、系统及方法。提供允许使用数字i/o引脚来与使用外部无源滤波器组件的触摸传感器电极进行介接的驱动/接收电路以及驱动及接收传感器电极信号的方法。提供采用电压跟随σ-δa/d转换器的驱动/接收电路，所述电压跟随σ-δa/d转换器适于同时驱动及感测处于多个频率的触摸传感器信号。此电路可以若干模式进行操作以同时感测互、自及笔触摸信号的各种组合。尽管电容性多点触摸传感器为优选的，但本文中的电路及方法也可与许多其它类型的触摸传感器一起使用。

一些实施例能够：利用半导体可编程逻辑来在多个通道上同时发射及同时接收多个频率，从而针对笔及自电容信号给出较长取样窗；同时自电容取样，此对所有数据读数形成外部噪声共模；同时互电容取样，此对所有接收数据形成外部噪声共模；利用多引脚解决方案、针对手指/手接近的低能量自电容、针对笔接近的低能量接收能力、针对信号隔离的标准无线电频率处理及经减少抖动逻辑以及对触摸屏领域中的普遍问题的其它解决方案同时对互、自、笔进行取样。

本发明的一些实施例的目标是提供一种系统，所述系统针对于能够介接到多个触摸屏类型的数字领域多点触摸及笔系统、可编程逻辑硬件或固定硅中的定制及实施方案，具有经改进取样能力及噪声拒斥能力。

此外，一些实施例中的驱动电路及方法实施抖动与自电容载波频率的混合以克服数字输入1位σ-δ模/数转换器(当对数字输入进行实施时)的可能较大滞后。

此外，自电容模式的一些实施例中的操作(其中所有通道同时进行)允许几乎理想自电容性盐水拒斥。

此外，一些实施例中的系统可使用高级调制及解调方案来减少在用于驱动不同功能模式的频率处或附近的噪声。

此外，一些实施例中的系统能够对多个传感器及传感器类型进行驱动及取样。

此外，一些实施例中的系统能够使用单独频率进行双轴或多轴互电容性扫描。

此外，一些实施例中的系统能够使用具有可设定转变参考的数字输入引脚或具有比较器类型电路的差分模拟类型输入引脚。

此外，在一些实施例中，同时取样使得用于使用线性或非线性滤波来识别及移除噪声的方法对于现有技术为不可能的。

鉴于前述内容，本发明的一些实施例提供能够在功能速度、分辨率、敏感度、免疫性以及处置多个类型的输入传感器配置及输入装置类型的能力方面大大增强性能的多点触摸系统。

这些与将随后变得显而易见的其它目标及优点一起驻存于如下文中较完全地描述及主张的构造及操作的细节中，对附图的参考构成其一部分，其中贯穿所述附图相似编号是指相似部件。并非所有实施例提供上文所描述的所有优点。

本发明的一些实施例使用数字通道驱动器硬件及单极rc滤波器，所述驱动器硬件及滤波器能够将众多频率发射到可变阻抗传感器且接收所述众多频率，其中可在驱动器的数字侧上分辨阻抗的改变以确定阻抗的相对改变。

本发明的一些实施例实施对现有现场可编程门阵列硬件具有良好兼容性的数/模驱动方法。此外，一些实施例中的驱动方法理想地适合于所连接感测元件的连续并行取样。此外，一些实施例中的驱动方法能够同时对自电容、互电容及接收/笔的不同模式进行驱动及取样。此外，不同模式的操作允许甚至在互电容扫描期间对自信号及笔信号进行连续取样。

在本发明的一个方面中，提供用于多点触摸传感器的触摸传感器驱动器及接收器电路，所述电路包含：多个驱动/接收电路，其适于耦合到多点触摸传感器的相应单个行或列电极，各自包括与σ-δd/a转换器组合的电压跟随σ-δa/d转换器，所述σ-δd/a转换器具有用于驱动每一相应行或列电极的σ-δ输出滤波器，所述电压跟随a/d转换器经连接以通过在第二比较器输入上的虚拟信号节点处产生反馈输出而跟随第一参考比较器输入上的参考信号。σ-δ输出滤波器还连接到虚拟信号节点。驱动信号产生电路耦合到驱动/接收电路中的每一者的参考比较器输入，可操作以产生处于第一频率的互模拟传感器信号及处于不同于第一频率的第二频率的自模拟传感器信号。互模拟传感器信号可通过互电容性耦合或另一类型的互耦合而耦合到其它电极。一些驱动/接收电路可以第一模式操作以将所述自信号及互信号两者同时驱动到其相应电极，并感测所述自信号，且其它驱动/接收电路可以第二模式操作以驱动所述自信号并从所述自信号及互信号的相应电极同时感测所述自信号及互信号两者。在一些实施方案中，电路包含可操作以对同时感测的互信号及自信号进行分离及滤波的数字滤波器及解调电路。驱动及接收电路可进一步以一模式操作以(除了其其它功能之外)同时感测处于不同于第一频率及第二频率的第三频率的第三笔模拟传感器信号，且数字滤波器电路进一步可操作以对同时感测的笔模拟传感器信号进行分离及滤波。

在一些实施方案中，相应驱动/接收电路包含fpga装置的一或多个数字输入引脚及所述fpga装置的一或多个数字输出引脚，其中端模拟滤波器连接到一或多个输出引脚中的一者，以用于移除高频率分量及将模拟电压信号驱动到其相应行或列电极。驱动/接收电路的数字部分适于经由在所述驱动电路改变输出驱动信号从而迫使所述输出跟随可用于数字输入的输入参考时测量驱动电路的数字部分中的内部改变而测量由行或列电极阻抗的改变导致的所感测驱动信号的改变。每通道使用不同数目个fpga引脚的数个不同版本为可能的；这些也可在asic上完成但asic将通常采用1引脚解决方案。相应驱动/接收电路的4引脚fpga版本可包含：fpga输出引脚，其用于载运参考信号、连接到第一模拟滤波器从而一起形成适于提供模拟参考信号的σ-δd/a转换器)；fpga输出引脚，其经配置以充当连接到虚拟信号节点的σ-δa/d反馈引脚；及两个差分fpga输入引脚，一个连接到第一模拟滤波器输出且另一个连接到虚拟信号节点。相应驱动/接收电路的3引脚fpga版本可包含：fpga输出引脚，其经配置以充当σ-δa/d反馈引脚；及两个差分fpga输入引脚，一个连接到共同模拟参考信号且另一个连接到虚拟信号节点。相应驱动/接收电路的2引脚fpga版本可包含：fpga输出引脚，其经配置以充当σ-δa/d反馈引脚；fpga输入引脚，其通向虚拟信号节点，且具有连接到共同模拟参考信号的引脚接收器的内部参考电压。而且，可构造设计的1引脚版本，其中相应驱动/接收电路各自包括连接到耦合到相应行或列电极的单个引脚的fpga或asic电路，且外部模拟滤波器组件耦合到单个引脚。

在一些实施方案中，电路进一步包含经配置以用于调制自传感器信号以拒斥处于第一频率的连续干扰信号的数字调制电路。电路可通过适于基于同时感测的自信号及互信号减去共模比例噪声而拒斥共模噪声。

在电路的一些实施方案中，电压跟随σ-δa/d转换器构造有比较器输入，所述比较器输入构成连接到两个集成电路引脚的差分数字输入电路。

在本发明的另一方面中，提供一种用于将信号驱动到多点触摸传感器及从所述多点触摸传感器接收所述信号的方法，所述方法包含：(a)针对包括所述多点触摸传感器的行或列电极的第一电极群组中的每一者，通过将互模拟传感器信号馈送到连接到相应电极的相应σ-δd/a转换器而依序扫描所述互模拟传感器信号穿过电极群组，所述互模拟传感器信号包括第一频率；(b)在执行(a)时，针对包括所述多点触摸传感器的行电极或列电极的第二电极群组中的每一者，通过σ-δd/a转换器而将自模拟传感器信号同时驱动到耦合到相应行电极或列电极的引脚上，相应自模拟传感器信号包括第二频率或在第二频率下调制的数据型式；及(c)针对(b)中所使用的第二电极群组中的每一者，同时对自及互的至少两个不同模式的触摸传感器数据进行取样，所述触摸传感器数据包括由行或列电极的阻抗更改的处于第一频率及第二频率的所感测经更改传感器信号。

在此方法的一些实施方案中，所述同时取样由与驱动相应行或列电极的每一个σ-δd/a转换器集成在一起的电压跟随σ-δa/d转换器来执行，所述电压跟随a/d转换器具有比较器，所述比较器具有第一参考比较器输入及第二比较器输入，所述第一参考比较器输入接收所述自模拟传感器信号且所述第二比较器输入连接到σ-δd/a转换器输出。

在此方法的一些实施方案中，通过执行为步骤(c)的部分而感测笔，所述步骤(c)：针对所述第一电极群组及所述第二电极群组中的每一者，同时对从笔发射的处于不同于所述第一频率及所述第二频率的第三频率的第三笔模拟传感器信号进行取样。

在一些实施方案中，所述方法进一步包含：(d)针对并非在(b)中利用所述互模拟传感器信号来驱动的所述行或列电极中的每一者，通过相应σ-δd/a转换器将第二互模拟传感器信号依序扫描到耦合到所述相应行或列电极的引脚上，所述第二互模拟传感器信号包括不同于所述第一频率及所述第二频率且在所述方法中采用笔频率的情况下不同于第三笔频率的第四频率；及(e)针对在(b)中驱动的所述行或列电极中的每一者，针对自及互的至少两个不同模式同时对触摸传感器数据进行取样，所述触摸传感器数据包括处于所述第二频率及所述第四频率的所接收经更改传感器信号。在一些实施方案中，所述自模拟传感器信号包括载波，所述载波以50％工作循环数字信号进行调制以用于拒斥处于所述第一频率的连续干扰信号。所述方法可进一步包含基于所述同时取样的自触摸传感器数据及互触摸传感器数据而减去共模比例噪声。

在一些实施方案中，所述方法还可包含通过控制数字频率产生器而调整所述自模拟传感器信号或所述互模拟传感器信号的频率。所述自模拟传感器信号、所述互模拟传感器信号及所述笔模拟传感器信号可包含多个频率，所述多个频率通常针对每一信号分组以易于进行解调。在笔的情形中，可从多个笔电极将多个频率发射到传感器阵列中且以本文中所描述的方式接收所述多个频率。

在本发明的另一方面中，提供一种用于将信号驱动到多点触摸传感器及从所述多点触摸传感器接收所述信号的方法，所述方法包含：(a)针对包括所述多点触摸传感器的行或列电极的第一电极群组中的每一者，通过将互模拟传感器信号馈送到连接到相应电极的相应σ-δd/a转换器而依序扫描所述互模拟传感器信号穿过电极群组，所述互模拟传感器信号包含一或多个第一频率；(b)针对包括多点触摸传感器的行电极或列电极的第二电极群组中的每一者，感测触摸传感器互数据，所述触摸传感器互数据包括通过行电极与列电极之间的耦合而更改的处于所述一或多个第一频率的所感测经更改传感器信号；(c)与(b)的所述感测同时，针对所述第二电极群组中的每一者，使用执行(b)的所述感测的所述相同a/d转换器来对从笔发射的处于不同于所述第一频率的一或多个频率的笔模拟传感器信号同时进行取样。笔信令可包含从笔发射处于不同频率(称为一或多个笔频率)的多个信号的多个电极以识别可使用单个笔频率还是许多笔频率。

在此方法的一些实施方案中，所述同时取样由与驱动相应行或列电极的每一个σ-δd/a转换器集成在一起的电压跟随σ-δa/d转换器来执行，所述电压跟随a/d转换器具有比较器，所述比较器具有第一参考比较器输入及第二比较器输入，所述第二比较器输入连接到σ-δd/a转换器输出。

在本发明的另一方面中，提供一种驱动/接收电路，其适于耦合到多点触摸传感器的单个行或列电极，所述电路包含：与σ-δd/a转换器组合的电压跟随σ-δa/d转换器，所述σ-δd/a转换器具有用于驱动行或列电极的σ-δ输出滤波器，所述电压跟随a/d转换器经连接以通过在第二比较器输入上的虚拟信号节点处产生反馈输出而跟随第一参考比较器输入上的参考信号，所述σ-δ输出滤波器还连接到虚拟信号节点。还包含驱动信号产生电路，其耦合到驱动/接收电路的参考比较器输入，且可操作以产生处于第一频率的互模拟传感器信号及处于不同于第一频率的第二频率的自模拟传感器信号。所述驱动/接收电路可以第一模式操作以将互信号驱动到电极，且可以第二模式操作以从电极感测所述互信号。

在一些实施方案中，驱动信号产生电路可进一步以第一模式操作以同时产生处于不同于第一频率的第二频率的自模拟传感器信号，且同时感测所述自信号。在一些实施方案中，可在第二模式中提供相同自感测方案。所述驱动信号产生电路还可进一步以在两种模式操作以同时感测处于不同于第一频率及第二频率的第三频率的第三笔模拟传感器信号。在一些实施方案中，所述电路可进一步包含数字滤波器电路及解调电路，所述数字滤波器电路及解调电路可进一步操作以对同时感测的笔模拟传感器信号进行分离及滤波。在本发明的各种方面中，提供跟随特征，可单独或以组合方式采用所述跟随特征以实现经改进触摸传感器电路、系统及方法。

提供多点触摸传感器及静电数字化笔系统，其包括嵌入于半导体中的灵活可编程逻辑块及驱动器电路，利用同时发射及接收(同时在具有同时多个频率的多个通道上)的方法，从而导致极大经改进性能。

提供多点触摸系统，其用于通过使用对处于多个频率的多个通道的同时及连续取样而改进速度、效率、收发器通道分离及噪声拒斥中的一或多者以使得目前为止独立操作的触摸屏模式现在被同时操作。

提供多点触摸系统驱动通道，其能够同时进行多个模式(例如自电容、互电容发射或接收)，且使用数字输入或使用具有能够以模拟方式的参考的数字输入或者具有内部逻辑、模拟滤波器组件、脉冲宽度调制逻辑、数字滤波器组件、调制与解调逻辑及抖动逻辑的模拟比较器类型输入来进行接收；包括电压跟随σ-δ模/数字转换器驱动。

提供多点触摸系统，其通过配置不限于单个频率或通道的驱动调制及解调方案而能够进行多个传感器及传感器类型且可因此经配置以匹配不同类型的硬件(例如投射电容触摸屏、静电笔、电阻性触摸屏、压敏触摸屏、应变计触摸屏或需要驱动信号(其中测量传感器的阻抗改变以确定传感器动作)的任何传感器)的特性。

提供多点触摸系统，其能够接收处于一些频率的外部产生的信号且在独立只读模式期间或与其它取样及驱动模式同时利用相移键控(psk)、频率移键控(fsk)、正交振幅调制(qam)或其它解调方案来解调处于所述传入频率的信号。

提供多点触摸系统，其能够在独立互电容性模式期间或与其它取样及驱动模式同时进行单轴或双轴互电容性扫描模式操作。

提供多点触摸系统，其具有经改进自电容模式获取以实现经改进导电污染物(盐水拒斥)识别及拒斥，以及经由对所有触摸屏通道的同时驱动及测量的经改进空间投射距离，因此迫使由于触摸耦合所致的信号的改变是经由用户接地路径而并非是通过通道间触摸屏阻抗改变。

提供多点触摸系统，其经由结合用作参考或作为参考的部分的连续低频率及低振幅自电容性信号使用噪声形状抖动而具有经改进样本分辨率以在例如互电容接收及或笔接收信号的时间的操作中同时克服对自电容模式信号以及针对其它所关注信号的滞后及量化。

提供多点触摸系统，其产生并使用能够使用共享位滚式(rolled)抖动的抖动信号：在所有通道之间共享的单个抖动信号(在通道之间具有或不具有延迟差异)：以使跨越系统通道的抖动噪声随机化，从而增强抖动噪声随机化且使跨越通道的能量平滑化或使跨越系统通道的抖动噪声同步以通过使所有通道保持为尽可能类似而增强同时噪声拒斥。

提供多点触摸系统，其全部使用数字处理及驱动通道，其利用一或多个数字输出引脚及一或多个数字输入引脚(其中端模拟滤波器在输出引脚上)以移除高频率分量，借此使得模拟电压信号能够驱动传感器，其中传感器具有影响信号的性质(例如相位、振幅、频率或偏移电压)的一些阻抗改变且所述改变可经由驱动电路的数字部分(在所述驱动电路改变输出驱动信号从而迫使输出跟随可用于可由固定或改变的信号构成的数字输入的输入参考时)中的内部改变而测量。

提供多点触摸系统，其全部使用数字处理及驱动通道，其利用一或多个数字输出引脚及或一或多个模拟比较器输入引脚(其中端模拟滤波器在输出引脚上)以移除高频率分量，借此使得模拟电压信号能够驱动传感器，其中传感器具有影响信号的性质(例如相位、振幅、频率或偏移电压)的一些阻抗改变且所述改变可经由驱动电路的数字部分(在所述驱动电路改变输出驱动信号从而迫使输出跟随可用于可由固定或改变的信号构成的模拟输入的输入参考时)中的内部改变而测量。

提供多点触摸系统，其中大多数或所有数字及模拟电路在硅内部(使用单个引脚连接到传感器通道)。

提供多点触摸多传感器系统，其基本上同时并行使用可在现代现场可编程门阵列硬件中实施且进行操作的有源驱动电路及系统逻辑。

提供用于使用psk、fsk或其它高级调制方案(其中相位及或频率改变并入到输出信号的调制中且还接着并入到输入流的解调以实现具有经增强相同频率拒斥的最终经解调相干同步信号)对触摸屏系统进行同步调制解调的方法。

提供用于使用扫频、跳频、啁啾或任何改变的信号型式(并入到输出信号的调制中且还接着并入到输入流的解调以实现具有经增强频率拒斥的最终解调相干同步信号)对触摸屏系统进行同步调制解调的方法。

提供用于使用并行通道驱动器的同时取样性质及系统的同时模式性质来识别及移除噪声的方法。

在一些版本中，触摸传感器本身与本发明包含在一起，而在其它版本中，驱动及接收电路及方法可体现于触摸传感器控制器芯片或其它集成芯片(ic)中以用于与触摸传感器(例如与智能手机、平板计算机、笔记本pc、销售点信息亭、触敏织物、触敏表面、绘图板或笔输入板上的触摸屏一起使用的触摸传感器及其它任何其它触摸传感器阵列产品)介接。此外，本文中所揭示的驱动/接收电路可与非阵列传感器(例如触敏按钮或其它传感器)一起使用，然而触摸传感器阵列为最有益应用。在一些版本中，电路及方法可体现于ic设计核心(例如vhdl或其它fpga或asic许可知识产权核心)中。在此类情形中，本发明体现于计算机可读指令中，所述计算机可读指令可执行以编程硬件装置以体现本文中所描述的集成电路设计，或体现用于执行本文中的方法的集成电路设计。换句话说，此专利的范围不可仅通过准备及制作、使用、销售或导入体现本文中的设计或方法的知识产权设计核心而被避免。下文的设计及过程中的每一者可体现于电路设计信息或可执行代码的组合中，所述可执行代码将由控制器结合此电路来执行。

附图说明

图1是触摸屏控制系统的实施例的框图，所述触摸屏控制系统包含利用数字构建的经配置以同时发射或接收多个模式的触摸屏驱动与接收电路。

图2是针对图2到6及图15到16的支持图例。

图3是同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(自+接收)且以注释指示能够实现此的不同引脚配置。

图4是同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(自+接收+互扫描)且以注释指示能够实现此的不同引脚配置。

图5是同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(接收+互扫描)且以注释指示能够实现此的不同引脚配置。

图6是同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(自+接收+互扫描)且以注释指示能够实现此的不同引脚配置。

图7是根据本发明的一些实施例的通道驱动器及接收器电路的框图。

图8a是展示2引脚配置驱动/接收电路的实施例的示意图。

图8b是展示3引脚配置驱动/接收电路的实施例的示意图。

图9是展示4引脚配置驱动/接收电路的实施例的示意图。

图10是展示具有在目前一代可编程逻辑中可能不可用的特殊要求的呈可编程逻辑的2引脚配置的驱动/接收电路的实施例的示意图。

图11是展示具有特殊要求的呈可编程逻辑的1引脚配置的驱动/接收电路的实施例的示意图。

图12是展示cic(级联积分梳状)滤波器/抽取/解调/放大器/相位样本链的实施例的框图，其展示表示三个单独触摸屏功能模式的三个不同同时频率的分辨率。

图13是展示由全部在相同5ms帧中取样的人类接触及笔式数字化仪两者所得的信号能量的图式。

图14是展示利用图13的同时自、笔及互扫描的单个捕获帧的时序图。

图15是展示同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(自+接收+双互扫描)且指示能够实现此的不同引脚配置。

图16是展示利用屏蔽元件的现有技术自电容测量及在同时驱动所有元件的情况下对本发明的系统进行相同测量的图式。

图17是展示用以拒斥处于目标频率的连续干扰信号的相位调制方案的图式。

图18是三阶、400mhz、100抽取cic滤波器。

图19是驱动通道信号的简单模拟实例，其展示驱动、抖动及电压跟随(所感测)信号。

图20到24展示背景中所论述的现有技术电路。

具体实施方式

将依据结合其中以实例方式图解说明本发明的优选实施例的附图考虑的以下描述来较好地理解被认为是各种发明的特性的新颖特征以及其其它优点。然而，将明确地理解，图式仅出于图解说明及描述目的且并不打算定义对本发明的限制。

图1是触摸屏控制系统的实施例的框图，所述触摸屏控制系统包含利用嵌入于半导体装置(其可为触摸屏控制器芯片或可集成到还具有其它系统功能性的较大单芯片系统布置中)中的灵活可编程逻辑构造的触摸屏驱动与接收电路10。通常，所述电路出现在触摸屏或其它触摸传感器控制器电路中。电路10在多个通道12上同时发射及接收以通过通道驱动器30将模拟传感器信号驱动到多点触摸传感器14的电极。所述电极通常包含布置成栅格的行及列电极，但可包含电极的其它非对称布置、多个栅格或者可响应于触摸或接近而交叉耦合信号的电极的其它适合布置。根据本发明的一些实施例，模拟传感器信号在多个同时频率16下驱动。尽管在图式中展示四个通道驱动器，但此将图解说明多个通道驱动器，且优选版本将具有与存在触摸屏电极(行及列)同样多的通道，其中针对每一通道重复驱动模块(包含驱动电路及接收滤波器)的实例化。图式通常展示数字时钟域及其功能性、驱动模块阵列、系统逻辑块、解调逻辑块及处理器与存储器逻辑块。处理器还包含用于存储可执行程序代码以控制并指导本文中所描述的各种数字逻辑及数字信号处理功能的程序存储器。

如图1的图式中可见，系统触摸屏驱动器及传感器电路可体现于fpga或asic中。一些实施例提供具有灵活配置的多点触摸系统图1。一些实施例提供能够几乎仅仅在数字领域中操作的多点触摸系统，如下文所描述，意指可采用fpga或者其它可重新配置或可编程逻辑装置(pld)来构造几乎整个电路，而无需运算放大器或其它有源外部模拟组件，除fpga或pld中所包含的驱动器电路之外。外部电阻器及电容器18是补充fpga的数字i/o电路以在优选实施例中实现通道驱动/接收电路所需要的全部。这是因为对允许数字i/o引脚以与模拟传感器驱动器类似的方式起作用的σ-δ转换器组合的独特使用。一些实施例提供以可编程逻辑或定制硅的系统实施方案及操作。

图1的系统框图的其它部分一般来说包含对传入所感测信号进行滤波的低通滤波器/抽取器块18、系统逻辑块20、解调逻辑块22及处理器与存储器逻辑块24，下文将进一步描述以上全部。经改进触摸传感器驱动电路及控制方案的大部分益处来自驱动/接收电路本身的设计及使用所述驱动/接收电路来以灵活且可重新配置方式驱动及接收不同类型的信号。较佳地，驱动各种触摸传感器电极通道的驱动/接收电路体现于数字装置中且使用数字i/o驱动器及接收器来驱动及接收信号，但在一些版本中，可与本文中所描述的信令方案一起采用模拟放大器或其它模拟组件。此设计可在本文中称为“数字通道驱动器30”、“通道驱动器30”及“驱动/接收电路30”。下文将描述通道驱动器的数个变化形式，后续接着对推进准确测量许多类型的触摸传感器上的触摸的能力的数个独特且有益信令及测量方案的描述。

数字通道驱动器：

本发明的一些实施例使用能够将众多频率发射到可变阻抗传感器中且接收所述众多频率的数字通道驱动器硬件及单极rc滤波器，在所述可变阻抗传感器中阻抗的改变可在驱动器的数字侧上分辨以确定来自每一传感器电极的阻抗的相对改变。

此类阻抗改变可以数种方式显现。浮动传感器系统在由正弦波驱动时的电容改变将呈现为相位改变。浮动传感器系统的电阻改变也将导致相位改变，最后电阻性传感器系统的电阻负载改变将导致dc偏移改变。这些改变是介于所产生参考信号(ac及/或dc)与所产生模拟反馈信号(其为来自1位adc的“较高/较低”信号的数字流的平均表示)之间的改变。

一些实施例采用所述通道驱动器来介接到多个类型的传感器，例如投射电容触摸屏、电阻性触摸屏、压敏触摸屏、应变计阵列触摸屏等。

本发明的一些实施例以并联方式使用所述通道驱动器以用信号组合驱动触摸屏14或其它触摸传感器阵列，从而允许多个模式同时触摸屏取样(自、互及接收)。此能力需要通道驱动器能够在相同实例下全部通过单个σ-δ驱动器最低限度发射单个连续频率(自)、发射间歇频率(互tx)、接收频率(互rx)及接收笔频率且还处置滤波器、抽取及解调。通常，这些信号被产生并混合或直接被产生或者被产生并引导，接着被发送到σ-δ1位adc的参考中。

本发明的一些实施例使用具有与低振幅自电容模式信号组合的抖动信号的所述并联通道驱动器来克服驱动/接收电路30中所采用的数字i/o引脚的输入滞后，且允许连续自电容性模式信号取样及相关联信号处理改进(例如关于图19所描述)。通过使用将1位数字adc驱动于其滞环以上及以下的低频率连续工作信号(自电容信号)，针对在通道上接收的信号(互rx及笔产生的模拟传感器信号)减少对较低振幅高频率噪声抖动的需要。

本发明的一些实施例采用所述并行通道驱动器来通过自电容性模式方法(同时驱动所有通道以从通道到通道地消除非期望的阻抗路径，从而仅允许由于用户的触摸及接地路径的阻抗改变)提供经改进导电污染物(举例来说，例如盐水)拒斥的能力。

由于可变阻抗路径的改变仅通过用户触摸到接地而发生且返回到触摸屏的阻抗路径的改变几乎被调零的事实，因此其中同时驱动所有通道的自电容模式的操作允许几乎理想的自电容性盐水拒斥操作。此尽可能接近于在所关注频率下驱动的连续平面。

图7是根据一些实施例的针对通道驱动器的驱动/接收电路的电路框图。本发明的一些实施例使用一或多个通道驱动器30的硬件阵列(如一般来说由编号为30的虚线内的组件所描绘)来驱动及接收到传感器的模拟传感器信号。每一通道驱动器30一般来说包含新颖电压跟随σ-δa/d转换器，所述新颖电压跟随σ-δa/d转换器包含：由驱动数字输出的σ-δ驱动器36构成的σ-δd/a转换器，通常为模拟单极rc滤波器的σ-δ输出滤波器38连接到σ-δ驱动器36。电路的a/d转换器部分利用具有两个输入(一个输入连接到驱动触摸传感器电极40的σ-δ输出滤波器节点)的σ-δ比较器34来实施。还可使用第二emi滤波器39来对电极40处的高频率噪声进行滤波。

σ-δ比较器的另一输入—参考输入连接到含有经采用以在各种模式中驱动触摸传感器的一或多个模拟频率(其可为经调制信号)的模拟传感器驱动信号35，如下文所论述。传感器驱动信号35展示为桥接集成电路11与外部组件，这是因为尽管信号通常以数字形式产生于集成电路上，但所述信号可在一些版本中通过d/a输出而在外部被驱动，或所述信号可被馈入到集成电路中作为参考电压(在系统设计允许的情况下)，如下文将关于电路的各种版本所进一步论述。此版本中的传感器驱动信号由驱动信号产生电路41产生。如下文进一步所描述，此通常包含数字频率产生以及在其中同时发射多个信号的情形中及混合数字信号。现在参考此版本的模拟传感器驱动信号35，此信号由驱动信号产生电路41产生，所述驱动信号产生电路馈送驱动/接收电路30中的每一者的参考且可操作以产生处于第一频率的互传感器信号(或“互信号”)及处于不同于第一频率的第二频率的自传感器信号(或“自信号”)。驱动电极以用于检测自(相同电极)阻抗改变及互(与其它电极交叉耦合)阻抗改变的自传感器信号及互传感器信号首先在相应频率产生器处以数字方式产生，所述相应频率产生器较佳地在相应频率f1及f2下产生正弦波，但可产生其它连续变化的信号(例如小波序列、经调制波或其它模拟变化的型式)。尽管通常将各种信号论述为处于特定频率，但其还可为在一组频率上执行的子信号群组，所述子信号群组将一起驱动或一起发射(在笔信号的情形中)。笔信号可包含从笔发射处于不同频率(称为一或多个笔频率)的多个信号的多个电极以识别可使用单个笔频率还是许多笔频率。还出于本文中所论述的原因而添加抖动。应注意，此电路的一个特殊情形是在未使用自模拟传感器信号时，且仅采用电路来接收处于第三频率的笔模拟传感器信号且发射互模拟传感器信号，且在其它节点处接收互模拟传感器信号。在此情形中，仍将抖动添加到互模拟传感器信号。如所展示，模拟传感器驱动信号35连接到第二比较器输入，所述第二比较器输入用作电压跟随器，这是因为σ-δ驱动器36到第一比较器34的反馈连接在节点37处输入。此连接使得驱动/接收电路30充当σ-δ模/数收发器。也就是说，电路30既通过σ-δ驱动器部分将存在于参考35上的信号驱动出，又感测或接收跟随参考35所需要的经驱动信号改变—其指示由触摸电路上的触摸或者电极外部的信号或噪声(例如互模拟传感器信号及笔传感器信号)导致的阻抗改变。节点37处的反馈连接致使此节点充当“虚拟信号”节点，整个电压跟随a/d转换器试图将所述“虚拟信号”节点与模拟传感器驱动信号35匹配。由于触摸传感器电极40在被触摸时(基于电容、电感或电阻改变)阻抗改变，因此虚拟信号节点37处的信号含有指示此类改变的变化形式，这是因为电路的σ-δd/a转换器部分将或多或少电压驱动到节点37以赶上阻抗改变。这些改变存在于节点33处的比较器输出信号中，所述比较器输出信号在块18处以较低数字取样率被滤波及抽取以用于由例如图1中所展示的系统内部逻辑来处理以检测并处理各种触摸及笔输入。电压跟随器电路还工作以检测耦合到传感器电极40中的信号，例如由触摸屏笔产生的模拟信号或在其它触摸传感器电极上驱动且耦合到检测信号的电极中的互耦合信号。因此，所描绘电路适于驱动一或多个模拟信号且同时感测一或多个模拟信号(通过混合将被驱动到传感器驱动信号35中的所要传感器信号)，如下文将进一步描述。

尽管在优选版本中展示基于σ-δ的通道驱动/接收电路仅采用数字i/o引脚且不需要模拟运算放大器或模拟a/d及d/a转换器或者开关，但此并非限制性的且其它版本可既在集成电路上又在集成电路外采用此类模拟组件。举例来说，电路的a/d转换器部分可由具有能够以ac方式产生的参考阈值的数字输入或具有接受能够以ac方式产生的参考的一个输入的模拟比较器构成。

最近，已以产生能够替换a/d转换器的较标准模拟版本(例如逐次逼近、积分及威尔金森(wilkinson)adc)的高频率高分辨率解决方案为目标而完成了对σ-δa/d转换器的许多工作。许多工作已针对于准确度以及线性的改进。在本发明中，分辨率、速度及可重复性是成功触摸屏功能所需的关键特征。独立地，不具有准确度及线性的简单σ-δadc将找到极少应用。耦合到本发明的同时驱动模式及同时取样以及触摸系统的内部校准，则σ-δadc的这些及其它限制对于系统操作变为微不足道的问题。与此类adc设计的典型应用相比，本文中的σ-δ驱动器及传感器设计对非线性、低输入阻抗及准确度问题较不敏感。

如本文中的一些实施例中所采用，触摸屏驱动器及接收器电路包含(例如图7的)通道驱动器30的硬件阵列，其中内部逻辑在高频率时钟32上操作。数字输入及输出逻辑在被允许自由运行的情况下可在硅硬件的能力内切换及振荡，从而可能产生极高非期望的非期望的频率。经由时钟触发器31将环路控制并限制到已知频率，所述时钟触发器被设定到与硅硬件兼容且具有有利于外部滤波及内部分辨率的值的速度。

本文中的触摸屏驱动器及接收器电路的一些版本还包含通道驱动器的硬件阵列，所述通道驱动器的硬件阵列利用滤波器及抽取链来将数据从1位σ-δa/d转换器的高频率低分辨率领域移动到进一步信号处理所需要的功能的低频率高分辨率领域。

图11是展示图7的电路的实施例的示意图，所述电路使用可编程逻辑装置的一个引脚来实施、具有可需要对目前一代可编程逻辑i/o电路进行定制的特殊要求。图11中所描绘的通道驱动器的优选实施例每通道使用单个引脚(标记为1)且在不具有关于如本文中所论述的互发射模式的任何限制的情况下起作用，但目前可由于对内部模拟通道、模拟开关、输出及输入缓冲器同时功能的需要而需要定制硅，且还需要与使用接近<1000欧姆的范围的较小输出滤波器电容c1电流输出缓冲器阻抗(其中5k欧姆到10k欧姆将允许小得多的c1值)较符合的较高数字缓冲器输出阻抗设置。针对提供此类特征的fpga解决方案，仅需要定制配置而非定制电路修改来实现所描绘设计。

所描绘电路包含通道驱动器及接收器电路30(其中电路30的内部或板上部分(在ic上)由块11识别)以及利用内部电阻器r1及外部电容器c1来实施的σ-δ输出滤波器38。标记为“驱动模块”的部分表示驱动通道电路的内部部分，针对每一通道重复所述内部部分。emi滤波器39利用如所展示的外部电阻器及电容器来实施。在此实例中，emi滤波器39是具有大约1mhz的截止频率的低通rc滤波器。滤波器39起作用以减少来自抖动的传出噪声、pwm信号噪声及可从通道驱动器30发出的时钟emi。所述滤波器还起作用以减少来自传感器电极的emi(电磁干扰)且减少来自传感器电极的esd(静电放电)噪声。σ-δ驱动器电路36利用连接到σ-δ滤波器的外部部分且往回连接到电压跟随a/d电路输入的引脚1的数字输出驱动器来实施。电压跟随σ-δa/d电路包含比较器34，所述比较器在此实施例中利用ic的内建驱动接收电路的比较输入接收器来实施。在此版本中，电路34的比较器被馈送有模拟传感器驱动信号35。比较器34输出被馈送到触发器31，所述比较器输出在所述触发器处利用本地高频率时钟信号clk来被时控以控制通过到触发器31输出33的信号的取样率。此输出33载运传递到cic滤波器与抽取器18且还馈送回到σ-δ驱动器36作为反馈信号的高频率数字接收信号。在利用模拟传感器驱动信号35驱动比较器参考输入的同时使用此反馈来在虚拟信号节点37处接收模拟信号，提供电压跟随a/d转换器经连接以通过在第二输入上的虚拟信号节点处产生反馈输出而跟随第一输入上的参考信号，且σ-δ输出滤波器也连接到虚拟信号节点37以驱动传感器电极。

在cic与抽取器18处以较低取样率对节点33处的所接收信号进行低通滤波及抽取。尽管此处使用cic滤波器，但此并非限制性的且可使用任何适合低通数字滤波器布置。滤波器与抽取器18的输出被馈送到解调逻辑块(图1)，所述输出在所述解调逻辑块处被处理及解译以检测触摸传感器电极上的触摸输入。

现在参考模拟传感器驱动信号35，此信号由驱动信号产生电路41产生，所述驱动信号产生电路馈送驱动/接收电路30中的每一者的参考、可操作以产生处于第一频率的互传感器信号(或“互信号”)及处于不同于第一频率的第二频率的自传感器信号(或“自信号”)。驱动电极以用于检测自(相同电极)阻抗改变及互(与其它电极交叉耦合)阻抗改变的自传感器信号及互传感器信号首先在相应频率产生器42处以数字方式产生，所述相应频率产生器较佳地在相应频率f1及f2下产生正弦波，但可产生其它连续变化的信号(例如小波序列、经调制波或其它模拟变化的型式)。举例来说，f1、f2及f3信号中的一或多者可包含频率(例如三个正弦波频率)群组，其中所接收量值在解调之后累加在一起。扫频、跳频或啁啾方法还可与f2、f1及f3(自、互、笔)测量的模拟信号一起使用。针对传感器信号采用方波的现有技术一般来说并非针对这些信号的最佳选择，这是因为方波含有谐波，所述谐波在通过传感器电极时造成有害影响，且传感器测量跨越波的整个周期不可用。此版本在f1及f2频率下产生正弦波，f1及f2频率为足够不同频率使得其可在系统的接收器逻辑部分中被容易地单独解调或由滤波器分离。自传感器信号被馈送到抖动电路，所述抖动电路将抖动添加到信号以改进分辨率且克服电路30的a/d转换器部分中的滞后问题，如下文进一步描述。可将共同抖动调价到所有自传感器信号，或可使用独立产生的抖动。在加法器44处将抖动的自传感器信号添加到互传感器信号。如本文中所使用的抖动是低量值噪声信号的添加，所述低量值噪声信号通常在频率域中成形以覆盖所要带宽。噪声的频率分量通常经选择为超出最终可用系统频率范围，且噪声因此从最终读数中被滤除。通常将抖动噪声添加到a/d系统以通过分解量化噪声(阶梯(step)噪声)而改进分辨率。本文中还使用所述抖动噪声来通过将输入电压随机地推至由比较器电路展现的滞环以下及以上而克服1位a/d滞后。在将抖动添加到所展示的信号之后，两个分支接着在pwm调制器45处被进行单独的pwm(脉冲宽度调制)调制。接着，pwm信号传递到利用数字输出驱动器46(具有内部电阻)及σ-δ输出电容器47来实施的σ-δd/a转换器。这两个d/a转换器的输出接着为处于f2频率的模拟抖动自信号以及使f1与f2相加的经组合模拟自信号与互信号。可将这些信号路由以对如所描绘的其它通道驱动/接收电路进行馈送，以避免复制信号产生电路且在共同相位处提供驱动信号。模拟开关或多路复用器48提供控制驱动/接收电路30是驱动自信号及互信号两者还是仅驱动处于f2的自信号的能力。此实现下文所描述的模式选择及互扫描功能。倘若所采用的具有特定设计的感测方案在某一时刻仅需要互信号被驱动，那么自信号及抖动可被设定为零以提供处于频率f1的纯互信号。应注意，尽管所描绘电路产生自信号及互信号两者的模拟版本，但一些版本可包含控制选择开关，所述控制选择开关仅馈送一个d/a转换器、在将信号转换为模拟之前选择f2或fl+f2的模式(图9的版本具有此设计)。每一驱动/接收模块还可产生其自身的自信号、互信号或自信号与互信号，但此设计不必复制信号产生电路。对于其中针对每一行需要单独互频率的版本，每一驱动接收电路30可被馈送有在其它频率(例如f4、f5、f6、...fn，直到用于互耦合信号检测的行或列的数目)下驱动的单独互信号。因此，本文中所论述的全范围的驱动及接收方案(包含图6及图15的驱动过程)可应用于此实施例。

驱动信号产生电路41的输出是馈送到比较器34的参考输入的模拟传感器驱动信号35，所述比较器是电压跟随σ-δa/d转换器的部分。此电路起作用以既驱动传感器电极(此可直接或通过滤波器39完成)，又感测传感器电极阻抗的改变，如上文所论述。电路及本文中所描述的其它版本还可接收耦合到传感器电极中的其它信号，例如从其它电极耦合的互信号，或通过与触摸传感器阵列一起使用的有源笔而直接耦合到所连接电极中的笔信号。

图11的电路是优选的，这是因为所述电路使用较少输出引脚(每驱动/接收通道仅一个)，且因此可采用驱动集成电路的大约100个i/o引脚的此类电路的阵列来驱动50行乘50列触摸传感器，例如触摸屏、触摸板或触敏织物(使用pedot可变电阻性电极)。然而，在fpga平台上实施图11的电路及其其它1引脚等效物针对所采用的每一i/o引脚首先需要比较输入及数字输出、其次需要驱动器36处的对于c1处的所需σ-δ输出滤波器足够高的数字输出阻抗(所述输出阻抗较佳地介于1k欧姆到10k欧姆的范围内)且再次需要对模拟电压参考(馈送输入比较器的vref)及例如模拟开关等其它模拟组件的控制。一些目前fpga产品可允许此控制，而其它fpga产品不允许此控制。因此，在一些情形中需要定制asic或经定制fpga产品以实现图11的电路。本文中的不同发射接收模式(包含图3、图4、图5、图6及图15的发射接收模式)可应用于此实施例。

通道驱动器图10的另一实施例每通道使用两个引脚且在不具有本文中关于一些其它实施例所论述的互发射模式限制的情况下起作用。其不像图11的实施例那般需要内部模拟通道及开关，但目前仍可由于对输出及输入缓冲器同时功能以及还有较高数字缓冲器输出阻抗的需要而需要定制硅。图10的所描绘实施例类似于图11中的版本起作用，但采用两个引脚1及2，且使用针对σ-δ输出电容器47在用于传感器驱动信号的单个σ-δd/a转换器(由驱动器46及电容器47组成)外部的外部电容器c2。驱动信号产生电路41还包含驱动器46及外部电容器47。此电容器47连接到引脚以对σ-δd/a转换进行滤波，且将所得信号35从引脚内部路由到比较器34参考输入，类似于图11的设计。可在芯片上电容器于驱动器附近不可用的情况下使用所描绘设计。此设计利用数字开关48而非模拟开关在f2或fl+f2的传感器信号之间进行选择。替代地，可在无需选择开关的情况下直接产生将被驱动的信号，然而此方案提供以两个驱动信号的数字版本来对其它驱动/接收电路进行馈送且避免复制驱动信号产生电路41的大部分的能力。对与fpga实施方案一起使用此设计的要求首先为针对所采用的每一i/o引脚的比较输入及数字输出、其次为驱动器36处的对于c1处的所需σ-δ输出滤波器足够高的数字输出阻抗。本文中的不同发射接收模式(包含图3、图4、图5、图6及图15的发射接收模式)可应用于此实施例。

图9展示通道驱动/接收电路的另一实施例，其能够进行与先前两个实例相同的功能但使用标记为1到4的四个引脚。此实施例将对大多数现代可编程逻辑装置起作用但需要两个差分数字输入及两个数字输出引脚加上两个电阻器及两个电容器来每通道进行操作。针对此版本，引脚1及4处的数字输出驱动器不需要特别高输出阻抗。一般来说，驱动信号产生电路41与先前版本构造相同，其中控制开关48为数字开关，这是因为来自pwm调制器45的pwm信号仍以数字方式进入控制开关48。将传感器信号转换为模拟的σ-δd/a转换器利用数字输出驱动器46以及由输出电容器47及电阻器r2组成的σ-δ输出滤波器来实施。此σ-δ输出滤波器较佳地为具有大约1mhz的截止频率的单极rc滤波器(如所描绘)。此滤波器输出是从滤波器输出电容器47连接回到引脚3、连接到比较器34的参考输入的模拟传感器驱动信号35。

驱动/接收电路30再次使用电压跟随σ-δa/d转换器，所述电压跟随σ-δa/d转换器在其参考输入处利用模拟传感器信号35驱动以实现σ-δ模/数收发器。此版本中的电压跟随电路的σ-δd/a部分包含引脚1处的数字输出驱动器36以及由外部电阻器rl及电容器c1构建而成的σ-δ输出滤波器38。此版本中的实例性滤波器是具有约1mhz的截止频率的单极rc滤波器。本文中所描述的各种单频率及多频率驱动及接收方案可全部与此实施例一起使用，包含图3、图4、图5、图6及图15的驱动过程。

图8b展示通道驱动器的另一实施例，其也可对现代可编程逻辑装置设计起作用，针对所使用的每通道总计三个i/o引脚仅需要两个差分数字输入比较器引脚及一个数字输出引脚。就此来说，其仅有限制是一次仅可一个作用的互电容性模式发射通道(互信令通常用于测量互耦合电容但可用于测量互电感或电阻性耦合信号)无法充当自接收或笔接收。在所描绘实施例中，驱动信号产生电路41为所有发射驱动模块共同的，且在单独位置处连接到电路30，f1互传感器信号以数字方式产生且馈送以在图式左上角的pwmf1块45中进行脉冲宽度调制。此电路在ic内部。此经调制f1互传感器信号被馈送到数字控制开关58，所述数字控制开关使σ-δa/c转换器的位于节点33处的输出或pwmf1信号传递到σ-δ驱动器36，所述σ-δ驱动器通过到σ-δ输出滤波器38(其连接到引脚1)的连接而经配置为σ-δd/a转换器。类似于先前图，滤波器38的输出连接到虚拟信号节点37，所述虚拟信号节点连接到电压跟随σ-δa/d转换器的位于引脚2上的输入。节点37还连接到emi滤波器39且通过此滤波器耦合到行电极以发送及接收传感器信号，类似于本文中的其它版本。在此版本中，如可见，电压跟随σ-δa/d转换器的位于引脚3处的参考输入连接到模拟自传感器信号。此信号由驱动信号产生电路41的另一部分产生，所述另一部分如所展示采取f2传感器信号的经抖动版本且以数字方式脉冲宽度调制此信号并将此信号从输出驱动出，所述信号在所述输出处被σ-δd/a输出滤波器47滤波，且接着被馈送到位于引脚3处的比较器参考节点。滤波器47通常在ic外部，且经抖动f2自传感器信号从引脚被驱动出到达此滤波器。此引脚并不计数于电路的引脚计数中，这是因为此单个自传感器信号用于驱动发射于其它驱动通道处的所有其它自信号，如去往其它驱动模块的箭头所展示。在此版本中，互传感器信号被馈送到其它通道驱动模块作为数字pwm信号，如图式的左上角的电路41处所见。节点33处的所接收信号被连续滤波及抽取到块18处的内部接收器逻辑，类似于本文中的其它实施例。应注意，图8b的电路与图8a的电路之间的一个区别是阈值滞后的差异(大约30mv及大约150mv)，这是因为图8b中使用比较器输入对图8a中使用数字输入。具有较高滞后的数字输入对于图8a中所展示的在抖动块43处注入于a/d反馈环路中的抖动具有较多要求。

在操作中，可理解，所描绘电路将通常操作以将f2自传感器信号驱动到传感器电极并从传感器电极感测所述f2自传感器信号，且同时接收f1信号(如果所述f1信号从其它交叉传感器电极耦合通过的话)。在于个别电极通道上扫描互信号的过程中时，驱动过程到达此通道，逻辑使开关58改变为将f1互信号馈送出，且从驱动模块传递到内部逻辑的数字信号在此时间期间未使用。

在图3的图式(展示自电容性及接收信号)、图4的图式(展示互电容及不具有互tx通道的自电容以及不具有互tx通道笔接收模式)及图5的图式(展示互电容及不具有互tx通道的笔接收模式)中所展示的信号驱动及接收方案可应用于图8b的实施例。

图8a展示通道驱动器的另一实施例，其在功能上类似于图8b的实例且在发射时于互电容性模式中类似地受限制。然而，此电路仅使用两个数字引脚，且因此可较好地用于高通道计数系统中。可在其中可控制ac电压参考可用于数字输入引脚的情形中采用所描绘通道驱动器电路30，如通过被馈送到引脚2接收器(其在此实施例中用作σ-δ比较器)的电压参考的f2自传感器信号所见。通常，数字输入引脚用作比较器但fpga或pld设计并不总是提供控制此类引脚的参考电压的能力。在所述能力可用的情况下，可使用目前电路，其中共同自信号在pwm及驱动器45、46处从引脚被驱动出并被滤波以形成自传感器信号35的a/c版本，接着被馈入到单个引脚中、到达所有数字输入接收器的驱动器参考电压。如图式上所展示，如果在fpga或pld上a/c电压可被馈送到数字输入引脚参考，那么此方案才为可能的。如果否，那么所述方案必须利用定制asic来实施，在此情形中1引脚解决方案为优选的。许多现代可编程逻辑装置展现数字输入引脚上的约150mv滞后，所述滞后比以相同硬件的模拟比较器的规格上所展示的大约30mv滞后大得多。因此，使用模拟比较器对于获得较好信噪比为优选的，然而所描绘电路仍可以优于其它先前传感器驱动器电路的很大改进的经济性来实现多点触摸能力。电路的其余部分类似于图8b的电路而起作用，且可与和图8b的电路相同的自、互及笔发射及接收方案一起使用。

一些替代实施例包含采用较多模拟电路的解决方案，此可体现于asic中或ic外部的电路中，例如电压跟随σ-δ转换器中的较高阶a/d转换器及较高阶d/a转换器。而且，可使用经配置为对高分辨率模/数转换器进行馈送的电压跟随器缓冲器的运算放大器作为通道驱动器。这些解决方案由于大大增加的硅片空间(siliconrealestate)要求及相关联模拟信号处置要求而并非理想的。

一些版本可包含针对驱动信号产生一或多个频率的数值控制振荡器。此类振荡器在此领域中为众所习知且普遍知晓的。

现在参考可利用本文中所描述的电路或其它电路来完成的驱动及接收触摸传感器信号的过程，一般来说关于图2到6及图13到17而描述各种驱动及接收方案。

图2是用于解释图3到6、13及15的信令图式的图例。在顶部处，针对各种模拟传感器信号频率f1(用于互耦合信号)、f2(用于相同电极处的自感测信号)及f3(用于笔注入信号)给出符号。接下来，展示用于发射及接收各种信号的符号。用双向箭头来展示f2自信号，这是因为f2自信号在与其被发射或驱动相同的电极上被接收或感测。仅用针对接收的传入箭头及一些小混合频率符号来展示接收符号。f3笔频率仅展示为接收，这是因为f3笔频率是在由用户于触摸传感器上方及其上移动笔时从外部笔电极发射。对互发射扫描(在一系列线(行或列)上方)的符号由具有穿过其的宽箭头的符号展示。在其之下，列示用于图1中所展示的实施例的优选时钟频率范围。

图3是展示同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(自+接收)且以注释指示能够实现信令方案的本文中的不同引脚配置。在此版本中，阵列中的所描绘传感器电极为触摸屏或触摸传感器阵列的行302及列304。如本文中所论述，可使用其它类型的触摸传感器阵列，且电容性多点触摸传感器为优选的。符号指示第二频率f2自传感器信号被发射于每一行302及列304电极上且在相同电极上被感测，感测与发射同时完成，如上文关于驱动/接收电路所描述。与发送及接收第二频率f2自传感器信号同时，第三频率f3笔传感器信号在所有行及列上被接收或感测，所述第三频率f3笔传感器信号当然从与触摸屏或触摸传感器一起使用的笔发射。尽管展示所有行及列均用于所描绘方法中，但最低限度并非所有行或列必须用于执行所述方法。可选择子群组或所有行与列的群组。

图4是展示同时驱动方法的实施例的图式，其具有多模式状态(自+接收+互扫描)，且以注释指示能够实现此的不同引脚配置。如由参考符号图例所展示，在每一行302上方较佳地以5ms总循环对第一频率f1互模拟传感器信号进行连续扫描，且在所有行302及列304(只有当前进行发射的一者除外)处接收所述第一频率f1互模拟传感器信号。当所描绘扫描循环到达一行时，所述行中的行驱动接收电路改变模式以发射f1互传感器信号。当然，此f1互扫描过程可利用列而非行来完成，这是因为其定向并不重要。当完成最后一行时，扫描过程在第一行处再次开始。在所有行及列(只有当前进行发射的一者除外)上对第二频率f2自传感器信号同时进行发射及接收/感测。最后，在所有通道(只有当前进行发射的一者除外)上同时接收第三频率f3笔传感器信号。图13及14也描述此信令方案。图13是展示由全部在相同5ms帧(如图4的实例性时序方案中所使用)中取样的人类接触及笔式数字化仪两者所得的信号能量的图式。与其它图式一样，特定时间周期并非限制性的且可使用其它时间周期。图14是展示利用图13的同时自、笔及互扫描的单个捕获帧的时序图。如图13中可见，对f2频率自信号的感测提供以二维格式存储的数据，其中一个维度为沿着底部上所展示的列而从其感测到数据的位置，且另一维度为数据点的信号量值。从行接收到较多此二维数据，如阵列右边的自f2数据集上所展示。针对每一数据点的条(bar)的大小表示信号强度。所感测自f2数据点展示触摸屏上的触摸，如由展示于阵列上的大椭圆形处的手指触摸所指示。类似地，针对笔f3频率接收二维数据，其中针对标记为笔f3的列而展示所接收笔数据且展示在其处笔被描绘为放置于触摸屏上的尖峰(spike)。行还接收数据尖峰，如沿着图的右侧的笔f3数据中所见，数据尖峰以所描绘笔位置为中心。如上文所论述，笔f3数据表示信号，所述信号产生于笔上且耦合(通常电容性耦合)到传感器阵列中，使得最接近笔的行及列接收较强信号而大多数行及列将不会检测到信号。最后，在图13中，通过感测fl互模拟传感器信号而检测的数据提供为三维阵列，这是因为每一所检测信号量值具有与其相关联的行及列位置，所述行及列位置为在检测数据点时针对有源互tx线的行(或列)及在其处检测数据点的列(或行)。第三维度是信号的量值，从而提供如同图13的底部处所描绘的互f1阵列的三维数据阵列。本文中所提供的驱动/接收电路设计的一个益处是其允许使用经采用以感测自数据及互耦合数据的相同电路来同时接收第三频率f3笔数据。通常，先前系统要么需要单独阵列来检测笔数据要么需要以连续循环将电路切换到笔模式(不感测自数据或互数据)来检测笔且接着切换回以感测来自自信号或互信号中的一者的触摸。如图14的时序图中所展示，在5ms的实例性循环周期内针对100行触摸屏或触摸传感器展示所描绘信令过程。如时序图的顶部行中所展示，所有行及列可连续地接收处于f2的自传感器信号，只有在其上发射处于第一频率f1的互tx信号的当前发射行“当前tx行”除外。时序图的下一行展示所有行及列(再次减去当前发射互行“互tx”)可接收笔信号笔f3。笔时序图展示为填充少于所描绘的所有时间标度，这是因为并不总是接收笔信号，仅在笔接近或者触摸触摸屏或触摸传感器时接收笔信号。

仍参考图14的时序图，标记为互tx(f1)的下一行展示通过从行1到行100地沿行向下依序扫描互信号而将所述互信号发射于每一行上。每一行上的实例性时间周期给定为50us。下方行展示在所有列上完成互信号接收(感测)以接收通过触摸传感器上的触摸而耦合到任何列的任何互信号，且下方行展示在所有行(只有其上发射互信号的行除外)上完成互接收。尽管所描绘方案在所有行上方扫描互模拟传感器信号，但当然可替代地扫描列，或可依序扫描行及列。此外，在任何特定控制方案中，少于所有行或列可被扫描有互信号。还可选择具有少于所有行及列的群组来发射及感测自信号。一种用于将信号驱动到多点触摸传感器及从所述多点触摸传感器接收所述信号的方法通常包含：(a)针对包括多点触摸传感器的行或列电极的第一电极群组中的每一者，通过将互模拟传感器信号馈送到连接到相应电极的相应σ-δd/a转换器而依序扫描所述互模拟传感器信号穿过电极群组，所述互模拟传感器信号包括第一频率；(b)在执行(a)时，针对包括多点触摸传感器的行电极或列电极的第二电极群组中的每一者，通过σ-δd/a转换器而将自模拟传感器信号同时驱动到耦合到相应行电极或列电极的引脚上，相应自电容性模拟传感器信号包括第二频率或在第二频率下调制的数据型式；(c)针对(b)中所使用的第二电极群组中的每一者，针对自及互的至少两个不同模式同时对触摸传感器数据进行取样，所述触摸传感器数据包括由行或列电极的阻抗更改的处于第一频率及第二频率的所感测经更改传感器信号。

图5是同时驱动方法的实施例，其展示多模式状态(接收+互扫描)且以注释指示能够实现此的不同引脚配置。与以上版本一样，在每一行302上方较佳地以5ms总循环对第一频率f1互模拟传感器信号进行连续扫描，且在所有行302及列304(只有当前进行发射的一者除外)处接收所述第一频率f1互模拟传感器信号。当扫描循环到达一行时，所述行中的行驱动接收电路改变模式以发射f1互传感器信号。当然，行与列可互换。当完成最后一行时，扫描过程在第一行处再次开始。随着接收第一频率f1传感器信号而在所有通道(只有当前进行发射的通道除外)上同时接收第三频率f3笔传感器信号。如上文所论述，最低限度通过选择一个以上电极(可包含所有电极)的群组而执行方法。一般来说用以下步骤来描述方法：针对包括多点触摸传感器的行或列电极的第一电极群组中的每一者，通过将互模拟传感器信号馈送到连接到相应电极的相应σ-δd/a转换器而依序扫描所述互模拟传感器信号穿过电极群组，所述互模拟传感器信号包括第一频率。在扫描f1互传感器信号时，针对包括多点触摸传感器的行电极或列电极的第二电极群组中的每一者，方法感测触摸传感器互数据，所述触摸传感器互数据包括通过行电极与列电极之间的耦合而更改的处于第一频率的所感测经更改传感器信号。方法可进一步包含：与互数据的感测同时，针对第二电极群组中的每一者，方法使用执行互感测的相同a/d转换器来对从笔发射的处于不同于第一频率的频率的笔模拟传感器信号同时进行取样。同时取样可由与驱动相应行或列电极的每一个σ-δd/a转换器集成在一起的电压跟随σ-δa/d转换器来执行，所述电压跟随a/d转换器具有比较器，所述比较器具有第一参考比较器输入及第二比较器输入，第二比较器输入连接到σ-δd/a转换器输出。一般来说，可使用图7的电路或可使用图5中所识别的电路实施例中的任一者或者其它适合电路。在此特定方法中，自发射信号未必为作用的。

图6是同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(自+接收+互扫描)且指示能够实现此的不同引脚配置。图6展示全信号功能，其中互及自以及接收的所有模式为作用的。如由符号及其图例所展示，在每一行302上方较佳地以5ms总循环对第一频率f1互模拟传感器信号进行连续扫描，且在所有行302及列304(包含当前发射互信号的一者)处接收所述第一频率f1互模拟传感器信号。当然，此f1互扫描过程可利用列而非行来完成，这是因为其定向并不重要。当完成最后一行时，扫描过程在第一行处再次开始。在所有行及列上对第二频率f2自传感器信号同时进行发射及接收/感测。最后，在所有通道上同时接收第三频率f3笔传感器信号。如关于其它方法所论述，可在不背离本文中所描述的一般方法的情况下采用具有少于所有行或少于所有列的群组。举例来说，如果特定装置将不在特定行或列上进行感测，但一般来说执行本文中的方法，那么所述特定装置将使用如本文中所描述的电极的群组。图13及14也描述此信令方案，只是针对此过程，图14的右上角的自f2rx/tx(所有列+行...)标记不应如关于图4那样排除当前发射行，这是因为所列示的电路布置(图9到11的4引脚最小功能、2引脚特殊及1引脚特殊)允许控制电路模式以在所有行(甚至当前发射互信号的行)上接收自f2信号及笔f3信号。针对所有这些方案应理解，可切换行与列，且还可与本文中所描述的电路及方案一起采用非传统形状的阵列。

图15是展示同时驱动方法的实施例的图式，其展示多模式状态(自+接收+双互扫描)且指示能够实现此的不同引脚配置。所描绘方法采用双轴扫描方案，其中可实现在独立互电容性模式期间操作或与其它取样及驱动模式同时操作。扫描针对与f1互扫描同时进行的独立互扫描使用额外第四频率。举例来说，行302上的tx(发射f1)及列304上的rx(接收f1)。列304上的tx互频率f4及行302上的rx互频率f4。在这些独立互扫描继续进行时，在所有行及列上发射及感测处于频率f2的自模拟传感器信号，且在所有行及列上感测笔信号。应理解，相同驱动/接收电路在其不同模式中经配置以在其循环穿过每一特定行时执行互扫描。一般来说，在一些情形中方法可以少于所有行或列继续进行，且包含：针对包括多点触摸传感器的行或列电极的第一电极群组中的每一者，通过将互模拟传感器信号馈送到连接到相应电极的相应σ-δd/a转换器而依序扫描所述互模拟传感器信号穿过电极群组，所述互模拟传感器信号包括第一频率。在进行此时，所述方法：针对包括多点触摸传感器的行电极或列电极的第二电极群组中的每一者，通过σ-δd/a转换器而将自模拟传感器信号同时驱动到耦合到相应行电极或列电极的引脚上，相应自模拟传感器信号包括第二频率或在第二频率下调制的数据型式。针对第二电极群组中的每一者，所述方法：针对自及互的至少两个不同模式同时对触摸传感器数据进行取样，所述触摸传感器数据包括由行或列电极的阻抗更改的处于第一频率及第二频率的所感测经更改传感器信号。针对第一电极群组及第二电极群组中的每一者，所述方法：对从笔发射的处于不同于第一频率及第二频率的第三频率的第三笔模拟传感器信号同时进行取样。为实现双互扫描，所述方法针对并非利用互模拟传感器信号f1来驱动的行或列(在此图式中，列)中的每一者，执行通过相应σ-δd/a转换器将第二互模拟传感器信号依序扫描到耦合到相应行或列电极的引脚上，所述第二互模拟传感器信号处于不同于第一频率及第二频率且在所述方法中采用笔频率的情况下不同于第三笔频率的第四频率。接着针对利用f1互信号来驱动的行或列中的每一者，所述方法针对自及互的至少两个不同模式同时对触摸传感器数据进行取样，所述触摸传感器数据包括处于第二频率及第四频率的所接收经更改传感器信号。所述方法可使用与驱动相应行或列电极的每一个σ-δd/a转换器集成在一起的电压跟随σ-δa/d转换器来实现同时取样，所述电压跟随a/d转换器具有比较器，所述比较器具有第一参考比较器输入及第二比较器输入，所述第一参考比较器输入接收自模拟传感器信号且所述第二比较器输入连接到σ-δd/a转换器输出。当通过以各种驱动/接收电路图式中所展示的方式切换或耦合于互信号中而在循环中激活互模式时，可添加两个互信号。f4互信号以数字方式产生且可被馈送到多个通道驱动器，类似于如各种实施例中所描述的f1互信号。

图12是根据一些实施例的展示cic滤波器/抽取/解调/放大器/相位样本链的实施例的框图，其展示表示三个单独触摸屏功能模式的三个不同同时频率的分辨率。将来自比较器输出的所接收信号传递到滤波器及抽取块，在此版本中所述滤波器及抽取块利用cic(级联积分梳状)滤波(至少在初始滤波级处)来实施。在块1202处，滤波过程以cic积分器开始，在块1204处后续接着将取样率减少到1mhz到4mhz的抽取器。接下来在块1206处，提供cic抽取器(如果需要)以移除信号的dc分量。在块1208处，提供补偿fir(如果需要)以补偿现有cic滤波的影响(例如通带下垂及宽转变区)。

将所得数据发送到块1210，其中对信号进行正交基带解调且将所产生i/q数据发送到块1212，其中计算振幅、相位及量值且可在将所述振幅、相位及量值发送到存储器1214以用于存储及进一步dsp处理(如果需要)之前对所述振幅、相位及量值进行进一步滤波及抽取。接着使用每一信号的振幅、相位及量值随时间的改变来确定与传感器介接的物体(例如手指或笔)的存在。通常，自(f2)信号改变达极小相移，且互(f1)及笔(f3)、所接收信号的振幅改变。尽管此处描述正交基带解调，但此并非限制性的且可使用许多其它适合解调方案来提取以可由系统使用来解译触摸的形式的所感测信号。

图16是展示利用屏蔽元件的现有技术自电容测量及在同时驱动所有元件的情况下的本发明的图式。可在图上观察到本文中的电路的一个显著优点，在于当驱动传感器阵列中的所有行及列(如本文中的电路及方法可实现)时，由存在于触摸传感器上的导电污染物导致的噪声大大减少。

返回参考图1的系统框图，系统包含数个功能块，所属领域的技术人员可在了解此说明及以下构造指示之后实施所述数个功能块。

抖动产生器：

本发明的一些实施例对所有通道使用相同抖动作为实现极类似系统取样及外部噪声的方法或替代地针对每一通道引入简单延迟以允许经控制相同抖动或半随机抖动产生。

可使用单个抖动信号产生器来对装置的所有驱动器通道供应抖动信号。在一些情形及模式中，将所有抖动信号设定为相同瞬时值以便改进同时取样外部噪声辨识可为有益的但在一些情形中，在通道之间具有半随机抖动可证明为有益的。在抖动混合发生于通道驱动器(非共同抖动源)中的情况下，仅四个位置的简单寄存器延迟方案允许从通道到通道的足够差异化。

本发明的一些实施例经由结合用作参考的连续低频率及低振幅自电容性信号使用经成形抖动而提供经改进分辨率以克服对自电容模式信号以及其它所关注信号(例如互电容接收及或笔接收信号)的滞后及量化。

在σ-δ模/数转换器中，抖动噪声用于改进分辨率且克服数字1位adc输入或比较器中的固有滞后。在当前硬件中，此可低达30mv及或高达200mv。在不具有抖动的情况下，滞后将由于量化而导致经减小分辨率，所述量化由以下导致：sdadc的dac部分必须将rc滤波器充电到超过与参考电压匹配所需的值以达克服滞后阈值的程度—此过程必须接着被反向且rc电压必须被放电以超出滞后下限。此形成阶梯式“经量化”响应。

添加抖动是将通过后续滤波而容易被移除的已知噪声引入到系统的方式。抖动有效地使信号随机移动到较接近于滞后上阈值或下阈值，使得真正信号可以较平均方式往返于阈值及下阈值。使用连续改变的低频率及低振幅模拟信号也在一定程度上实现此效应。通过结合连续低振幅(例如，30mv到300mv)频率使用抖动，可针对其它所关注低振幅信号克服甚至较大滞后同时允许在连续频率下的全部自测量。

高级调制方案：

本发明的一些实施例使用众所周知的调制方案(例如psk)，但在新颖方式中针对于移除处于与驱动频率相同的频率的相干干扰信号。举例来说，图17描绘psk相干同步解调：可利用数值控制振荡器(nco)产生单频率信号且使所述单频率信号通过50％工作循环180度相移调制。根据本文中的技术，此信号经抖动且接着经驱动到触摸传感器电极作为自模拟传感器信号。对经恢复或经感测自信号进行滤波及抽取以及解调(对照50％工作循环180度相位调制)以产生基带连续非相位调制信号。单频率得以恢复，其中益处是现在使处于相同频率的任何相干干扰信号减少或被高度拒斥。

作为另一实例，可替代地使用fsk相干同步解调方案：可利用50％工作循环产生双频率信号。可对经恢复信号进行滤波及抽取以及解调(对照50％工作循环)以产生基带连续单频率(dc)信号；单频率得以恢复，其中益处是现在使处于相同频率的任何相干干扰信号减少或被高度拒斥。

cic抽取器：

在cic抽取器滤波器的实例性版本中，将来自通道驱动器的信号从1位高频率信号转换为低得多的频率高分辨率信号、利用cic滤波器(实例性能力及速度如图18中所展示)对所述信号进行滤波及抽取。400:1到100:1的抽取降频比率范围将开发1mhz到4mhz的最终信号及每样本14位到16位的分辨率。可对这些值进行调整以改进分辨率、取样速度及电力消耗。经抽取通道信号含有不同模式信号(自电容信号(举例来说，处于200khz)、互电容信号(举例来说，处于100khz)、笔接收信号(举例来说，处于150khz)及还有非期望的噪声信号)且这些信号必须被分出到其相应路径中且被进一步处理。

相位及振幅检测器：

尽管存在用于确定信号的相位及振幅且从信号群组选取特定信号(iq解调为最常用技术)的许多众所周知的方法，但出于此描述目的且为简单起见，戈策尔(goertzel)方法足以在逐帧基础上分辨每一信号的相位及振幅。在各种实施方案中，戈策尔方法可经修改以处置上文所描述的高级噪声减少调制方案但可在(举例来说)静电笔使用fsk、psk、振幅或相位调制来发送数字信息或者信号之间的时序具重要性的情况下受限制。捕获此数字数据将需要对笔信号路径的较高级方案。这些方案在行业中为众所习知的。

定序产生器：

为允许驱动不同配置的触摸屏并以已知且受控制方式将所得数据映射到存储器中，需要一种配置方法，所述配置方法允许将任何驱动器通道放置成任何驱动次序且还将所得数据映射到已知存储器区域中，使得较高层级斑块(blob)(大的嘈杂触摸屏接触)跟踪所需的程序可以不需要针对不同大小及形状传感器定制代码或驱动器的经优化且系统方式来存取存储器。此通常需要配置阵列、对将如何使所得数据映射于存储器中的定义及对将如何且何时驱动传感器阵列的定义。

可配置存储器映射区域：

存储器阵列块包含用以存储配置阵列、所得2d及3d信号电平阵列、缓冲器阵列、滤波器结果阵列及校准阵列的存储器。

滤波器模块：

为使重复性任务(例如基线校准减法、正规化及滤波)自动化，滤波器模块在帧数据接收期间及或在帧之间工作以处理所接收数据。在互电容性的情形中，仅在完成行驱动之后处理列数据是理想的，只要滤波器处理不干扰对下一行所接收数据的存储器存取即可。可使用高级存储器存取方案来防止同时存取问题或可使用缓冲器方案来在一个缓冲器中更改数据而填充下一缓冲器帧。

处理器系统：

在此领域中为众所习知且普遍知晓的。如图1中所描绘，可在各种实施方案中使用针对asic或fpga的任何适合处理器核心。

滤波器方法：

本文中使用同时所取样数据(包含噪声)的噪声移除的新颖方法针对于通过识别及移除显现为所取样数据的共模比例改变的噪声而移除触摸数据中的相干或伪干扰噪声信号。

减去pcap(投射电容性)传感器上的触摸数据中的共模比例噪声是仅由于本发明的同时取样特性而可能的技术。触摸系统的用户可充当天线且将噪声注入到所述系统中。替代地，用户可有效地充当对系统上的共模噪声的排放点。不可能讲出差异，这是因为噪声仅在触摸位置处可见且噪声与触摸能量成比例。硬触摸通常由于手指的曲率及所施加压力而导致触摸的中心处的最高电容性耦合。手指可被认为是低阻抗源或噪声的汇点(sink)。在手指侧处的触摸测量可由于电容器极板面积及距离而具有在中心处的触摸测量的触摸能量的一半。中心读数上的噪声可具有10的snr且侧读数也将具有10的snr。

如果在时间或解调方法中将触摸读数随机化或分裂，那么将不存在于任何时刻知晓触摸能量与噪声能量比率的可能性，仅知晓随时间的平均噪声。本发明的自电容性信号模式使用相同调制方案及滤波在相同时间对所有行及列进行取样，因此所有行及列将展示噪声脉冲以对触摸轮廓能量加上或减去。互电容信号模式是利用同时交替线(列)接收的线扫描(行)模式，因此所有交替线(列)将展示噪声脉冲作为对所驱动线(行)下方的触摸轮廓能量的加上或减去。使用自数据及互数据两者，从帧到帧的噪声改变可被识别并被直接减少(经由线性或非线性技术)。

图19是驱动通道信号的简单模拟实例，其展示驱动、抖动及跟随(所感测)信号。描绘自驱动信号1902、互驱动信号1904、低频率抖动信号1906、这些信号的总和s+m+d1908(其被驱动到驱动器的参考跟随节点、虚拟信号节点)及所得σ-δ跟随信号1910(其表示驱动/接收电路的所取样传感器信号(在所述所取样传感器信号由σ-δ跟随电路驱动到传感器电极上时))。

结论、衍生物及范围

根据本发明的一些实施例的驱动器通道电路提供用于增强多点触摸系统的开发、性能、灵活性及免疫性的设备及方法。

尽管展示及描述本发明的一些实施例，但应清楚地理解，本发明並不限于此而是可以各种方式体现。依据前述描述，将明了，可在不背离如由权利要求书所界定的本发明的精神及范围的情况下做出各种改变。因此，本发明的范围不应由所图解说明的实施例确定。

本文中描述多个个别发明。本发明可单独地或以组合方式取得专利权。本文中所描述的特征的组合不应被解释为限制性的，且本文中的特征可用于根据本发明的任何工作组合或子组合中。因此，此描述应被解释为对本文中的特征的任何工作组合或子组合提供书面支持。可以硬件或软件来实施上文所描述的各种信令及信号处理功能。

如所属领域的技术人员依据本发明的揭示内容将易于了解，可根据本发明来利用当前存在或稍后将开发的执行与本文中所描述的对应实例性基本相同的功能或实现基本相同的结果的过程、机器、制品、物质组成、方式、方法或步骤。因此，所附权利要求书打算在其范围内包含此类过程、机器、制品、物质组成、方式、方法或步骤。