电容测量的制作方法
【专利说明】电容测量
[0001] 对有关美国临时专利申请的交叉引用 本申请要求由Farzaneh Shahrokhi等人于2012年6月18日提交的、题为"SYSTEM AND METHOD FOR SENSING ABSOLUTE CAPACITANCE"的共同待决美国临时专利申请号61/673, 241 的优先权及权益，其具有代理人案卷号SYNA-20120308-01. PRO,并且转让给本申请的受让 人。
[0002] 本申请要求由Farzaneh Shahrokhi等人于2012年8月27日提交的、题为"SYSTEM AND METHOD FOR SENSING ABSOLUTE CAPACITANCE"的共同待决美国临时专利申请号 61/693, 541的优先权及权益，其具有代理人案卷号SYNA-20120308-02. PRO,并且转让给本 申请的受让人。
[0003] 本申请要求由Farzaneh Shahrokhi et al等人于2013年3月15日提交的、题为 "CAPACITANCE MEASUREMENT"的共同待决美国专利申请号13/843, 129的优先权及权益，其 具有代理人案卷号SYNA-20120308-01，并且转让给本申请的受让人。
【背景技术】
[0004] 包括接近传感器装置（也通常被称为触摸垫或触摸传感器装置）的输入装置广泛 应用于多种电子系统中。接近传感器装置典型地包括通常由表面区分的感测区，在其中接 近传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用于 为电子系统提供接口。例如，接近传感器装置通常用作较大计算系统的输入装置(诸如集 成在或外设于笔记本或桌上型电脑的不透明触摸垫)。接近传感器装置也经常用于较小电 子装置/系统中(诸如集成在蜂窝电话和平板电脑中的触摸屏)。这样的触摸屏输入装置典 型地添加到电子装置/系统的显示器上或以其他方式与其并置。
【发明内容】
[0005] 在使用差分放大器的电容测量方法中，其中差分放大器具有输出和差分第一和第 二输入，布置于传感器电极和差分放大器的第二输入之间的开关被打开以发起复位阶段， 在其中传感器电极与差分放大器去耦。布置于第二输入和输出之间的反馈电容复位至第一 电平电荷。开关闭合来发起测量阶段，在其中第二输入与传感器电极耦合。在测量阶段：电 荷在传感器电极和反馈电容之间进行平衡，使得传感器电极电压等于第一输入的电压，等 于第二输入的电压，并且传感器电极充电至与其电容和第二输入的电压成比例的值；以及 差分放大器用于积分传感器电极上的电荷，使得绝对电容被测量。
【附图说明】
[0006] 除非明确指出，本附图简要说明中涉及的附图不应被理解为按比例绘制。并入或 形成实施例的描述的一部分的附图，例示各种实施例，并且同实施例的描述一起，用于解释 下面讨论的原理，其中类似的标号表示类似的元件。
[0007] 图1是依照实施例的、示例输入装置的框图。
[0008] 图2示出依照一些实施例的、在传感器中用来形成输入装置感测区(诸如触摸屏） 的全部或部分的、示例传感器电极图案的一部分。
[0009] 图3示出跨电容性和传统的绝对电容感测信号及模式的示意图的对照。
[0010] 图4A和4B例示依照实施例的、经过第一半周期的绝对电容性感测的电容测量电 路的操作。
[0011] 图5示出依照各种实施例的、跨电容性和新(如本文所述）绝对电容感测信号及模 式的示意图的对照。
[0012] 图6A-6D例示依照实施例的、经过完整周期的绝对电容性感测的电容性测量电路 的操作。
[0013] 图7例示依照实施例的、电容测量电路。
[0014] 图8例示依照一些实施例的、电容测量电路。
[0015] 图9A-9C例示依照各种实施例的、使用具有输出和差分第一和第二输入的差分放 大器的、电容测量方法。
【具体实施方式】
[0016] 下列实施例的描述仅仅通过示例，而非限制的方式提供。另外，并不存在由前述的
【背景技术】、
【发明内容】
、或【附图说明】或下面【具体实施方式】中提出的、任何表达的或暗示的理论 所约束的意图。
[0017] 论述概览 本文中，描述各种实施例，其提供促进改进的可用性的输入装置、处理系统和方法。本 文描述的各种实施例中，输入装置可以是电容性输入装置。
[0018] 论述开始于跨电容性感测信号及模式与传统绝对电容感测信号及模式的比较。根 据本文描述的新实施例，随后提出示例电容测量电路，并且描述其操作。随后提出并描述跨 电容性感测信号及模式与绝对电容性感测的新实施例的信号及模式的比较。随后提出并描 述对新绝对电容测量电路的构造及操作的若干变形。随后提出并描述混合跨电容性/绝对 电容测量电路。还结合使用具有输出和差分第一和第二输入的差分放大器的电容测量方法 的描述，进一步描述各种新电容性测量电路的操作。
[0019] 示例输入装置 现在转向附图，图1是依照各种实施例的、示例性输入装置100的框图。输入装置100 可配置成向电子系统/装置(未描绘）提供输入。如本文档所使用的，术语"电子系统"（或 "电子装置"）广义地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的某些非限制性示例包 括各种大小和形状的个人计算机，诸如桌上型电脑、膝上型电脑、上网本电脑、平板电脑、网 络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理（PDA)。另外的示例电子系统包括复合型输入装 置，诸如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。进一步的示例电子系统 包括诸如数据输入装置(包括遥控器和鼠标）和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机）之 类的外围设备。其他示例包括远程终端、信息亭、以及视频游戏机(例如，视频游戏控制台、 便携式游戏装置等)。其他示例包括通信装置(包括诸如智能电话之类的蜂窝电话）和媒体 装置(包括录音机、编辑器和诸如电视机的播放器、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相 机)。另外，电子系统可以是输入装置的主机或从机。
[0020] 输入装置100能够实现为电子系统的物理部件，或能够与电子系统物理地分离。 视情况而定，输入装置100可使用下列项的任一个或多个与电子系统的部件通信：总线、 网络以及其他有线或无线互连。示例包括但不限于内部集成电路（I2C)、串行外围接口 (SPI)、个人系统2(PS/2)、通用串行总线（USB)、蓝牙、射频（RF)以及红外数据协会（IrDA)。
[0021] 在图1中，输入装置100示出为接近传感器装置(也通常被称为"触摸垫"或"触摸 传感器装置")，其配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。示 例输入对象包括如图1所示的手指和触控笔。
[0022] 感测区120包含在输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中 输入装置100能够检测用户输入(例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入)。特 定感测区的尺寸、形状和位置可以逐个实施例极大地改变。在一些实施例中，感测区120从 输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中，直至信噪比阻止充分准确的对象检 测。这个感测区120沿特定方向延伸的距离，在各种实施例中，可以大约少于一毫米、数毫 米、数厘米、或更多，而且可随所使用的感测技术的类型和期望的精确度而显著变化。因此， 一些实施例感测输入，其包括与输入装置100任何表面无接触、与输入装置100的输入表面 (例如触摸表面)相接触、与耦合一定量外加力或压力的输入装置100的输入表面相接触、和 /或它们的组合。在各种实施例中，触摸表面可由传感器电极位于其中的壳体的表面来提 供，由应用在传感器电极或任何壳体之上的面板来提供等。在一些实施例中，感测区120在 投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
[0023] 输入装置100使用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户 输入。输入装置100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为非限制性示例， 输入装置100可使用电容性技术。
[0024] -些实现配置成提供跨越一、二、三或更高维空间的图像。一些实现配置成提供沿 特定轴或平面的输入的投影。
[0025] 在输入装置100的一些电容性实现中，施加电压或电流以产生电场。附近的输入 对象导致电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可作为电压、电流等的变化而 被检测。
[0026] -些电容性实现使用电容性感测元件的阵列或其他规则或不规则的图案来产生 电场。在一些电容性实现中，独立感测元件可欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。 一些电容性实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。
[0027] -些电容性实现使用基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合的变化的"自 电容"（或"绝对电容"）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感 器电极附近的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相 对于基准电压(例如，系统地）来调制传感器电极，以及通过检测传感器电极与输入对象之 间的电容性耦合，来进行操作。
[0028] -些电容性实现使用基于传感器电极之间的电容性耦合的变化的"互电容"（或 "跨电容"）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极之间 的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，跨电容性感测方法通过检测在一个或 多个发射器传感器电极(也称为"发射器电极"或"发射器"）和一个或多个接收器传感器电 极(也称为"接收器电极"或"接收器"）之间的电容性耦合，来进行操作。全体发射器和接 收器可被称作传感器电极或传感器元件。发射器传感器电极可相对于基准电压(例如，系统 地）来调制以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于基准电压保持大体恒定以