用于电场测量系统的电极设计的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请秦的香叉参考
[0002] 本申请案主张标题为"用于电场测量系统的电极设计巧LECTR孤EDESIGNFOR ELECTRICFIELDMEASUREMENTSYSTEM)"的 2012 年 10 月 19 日申请的第 61/715, 966 号美 国临时申请案的权益，所述临时申请案的全文并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明设及电极，特定来说，本发明设及用于电场测量系统中的电极的设计。
【背景技术】
[0004] 特定来说，移动装置的人机装置接口通常使用未必需要任何可移动部件的传感器 布置来检测用户输入。实例为需要被触摸W激活的触摸屏及电容性开关。此类传感器系统 包括布置于装置上的电极，其中如果用户触摸所述电极或与其非常接近，那么可测量电容 的变化W触发事件。该些电极通常由小型金属板、电路板上的经蚀刻区域或金属层中的区 域（例如用于显示器中的透明氧化锡层）形成。
[0005] 类似电极也可用于电场测量。此类型的传感器装置允许在无需触摸的情况下且在 比常规电容性传感器系统更远离装置的距离处检测物体。在电场测量系统中，将电极用作 发射器W在相应装置外部或前部投射电场。所述场可由30曲Z到200曲Z(特定来说，70曲Z 至IJ140曲Z或40曲Z至Ij115曲Z)信号产生，且因此在近场中是准静态的。无论物体何时进入 此准静态电场，其参数均会受影响或被改变。相同电极或单独的接收器电极可用于检测该 些变化。如果多个此类电极用于感测系统中，那么多维手势检测成为可能，其允许在不触摸 装置的情况下操作装置。在电场感测布置中，传感器通常需要W特定次序被屏蔽或布置，且 接着可禪合到用于评估传入信号的前端集成电路装置。
【发明内容】
[0006] 用于产生准静态电场且在物体进入所述场时感测所述场的干扰的系统中（特定 来说，在使用固体电极的系统中）的电极的敏感度通常较低。因此，需要改善电极及电极布 置。
[0007] 根据一实施例，一种用于具有至少一个发射电极及至少一个接收电极的产生准静 态电场的电场传感器装置的电极布置包括；非导电衬底，其具有第一导电层及第二导电层； 第一电极，其布置于所述第一导电层内，其中所述第一电极为所述电场传感器装置的接收 电极；W及第二电极，其布置于所述第二导电层内，其中所述第二电极为所述电场传感器装 置的发射电极，其中所述第二电极覆盖比所述第一电极大的区域，且其中所述第一电极及/ 或所述第二电极经纹理化W减小所述第一电极与所述第二电极之间的电容。
[0008] 根据进一步实施例，仅第二电极可经纹理化W使得其包括至少一个切口区域，所 述切口区域具有第一电极的类似形式且位于第一电极下方，使得第一电极覆盖所述切口区 域。根据进一步实施例，可由散列或斜线纹理使第二电极的整个区域纹理化。根据进一步实 施例，所述纹理可由多个导线形成。根据进一步实施例，所述散列或斜线纹理可为均匀的。 根据进一步实施例，所述散列或斜线纹理可由形成网格的多个导线形成。根据进一步实施 例，所述网格可由第一组平行布置的导线及第二组平行布置的导线形成。根据进一步实施 例，所述第一组平行布置的导线可与所述第二组平行布置的导线W90度角交叉。根据进一 步实施例，所述网格可包括围封所述网格的外围导线。根据进一步实施例，第二电极可经纹 理化W提供多个凹槽。根据进一步实施例，所述凹槽可W预定距离平行布置。根据进一步 实施例，仅使第一电极纹理化。根据进一步实施例，电极布置可进一步包括布置于所述第二 电极上的多个第一电极及用于电连接到所述第二电极的多个馈送线。根据进一步实施例， 至少一组四个第一电极可经布置W界定矩形区域。根据进一步实施例，电极布置可进一步 包括位于由所述四个电极界定的所述矩形区域内的中央电极。根据进一步实施例，第二电 极可纹理化为网状电极且仅覆盖由所述至少一组四个第一电极界定的所述矩形区域。根据 进一步实施例，所述馈送线可具有约0. 15mm的宽度。根据进一步实施例，第一导电层可为 印刷电路板的顶层。根据进一步实施例，第二导电层可为印刷电路板的底层。根据进一步 实施例，第一导电层可为透明隔离载体材料上的透明导电顶层。根据进一步实施例，第二导 电层可为所述透明隔离载体材料上的底层。根据进一步实施例，所述馈送线及所述第二电 极可布置于多层印刷电路板的内层内。根据进一步实施例，所述多层印刷电路板的底层可 连接到接地。根据进一步实施例，电极布置可进一步包括通过所述馈送线与所述接收电极 禪合的前端模拟装置。根据进一步实施例，所述前端模拟装置可包括用于使通过所述馈送 线接收的信号衰减的分压器。根据进一步实施例，所述分压器可包括频率补偿。根据进一 步实施例，电极布置可包括各自形成部分发射电极的彼此电绝缘的多个第二电极。根据进 一步实施例，每一发射电极可由矩形电极区段形成。
【附图说明】
[0009] 图1展示介电衬底的底层上的固体发射（Tx)电极及顶层上的接收（Rx)电极，
[0010]图2展示根据各种实施例的在Rx电极下方具有切口Tx电极区域的类似布置，
[0011] 图3展示根据一实施例的经纹理化Tx电极，
[0012] 图4展示根据另一实施例的经纹理化Tx电极，
[0013] 图5展示根据一实施例的在Rx电极下方具有Tx切口的经纹理化Tx电极，
[0014] 图6展示标准电极等效电路，
[0015] 图7展示根据各种实施例的延伸电极等效电路，
[0016] 图8展示电场手势检测系统中的发射电极及接收电极的典型布置，
[0017] 图9展示根据各种实施例的经优化Tx结构的信号偏差，W及
[0018] 图10展示根据各种实施例的传感器系统的另一实例。
[0019] 图11展示穿过印刷电路板（例如图10中所展示的电路板）的截面图。
[0020] 图12展示电极布置的又一实施例的俯视图。
【具体实施方式】
[0021] 根据各种实施例，可改善尤其与集成前端装置一起使用的电极设计W实现对待跟 踪的物体（例如用户的手）的显著更高的敏感度。
[0022] 图1展示准静态电场传感器系统的发射电极120及单个接收电极110的常规布 局100。可使用更多或更少的发射电极及接收电极，但为了清楚的目的，图1中仅展示一个 发射电极。而且，在此实施例中，仅展示布置于介电载体衬底130的顶层上的单个接收电极 110。然而，可将多个单独的接收电极110布置于介电载体衬底130的顶层上。将发射电极 120布置于介电载体衬底130的底层上。此布置导致发射电极与接收电极之间的电容性链 接。
[0023] 在操作中，将给发射电极馈送交替信号，例如由具有约30曲Z到200曲z(特定来 说，约70曲Z至Ij140曲Z或40曲Z到115曲Z)的频率的微控制器产生方波信号。可应用其它 适合频率范围。此在发射电极平面上方及下方产生准静态电场。在大多数应用中，仅关注 沿接收电极110的方向远离发射电极120产生的场。在物体（例如具有手电容的用户 的手）进入此准静态电场之后，接收电极处的信号将归因于由所述物体导致的电容性影响 而改变。此类干扰随所述物体到所述电极的距离而变动。前端电路可检测此类信号变化且 进一步评估或处理该些信号。
[0024] 此前端集成电路系统的信号敏感度将更详细地解释如下：
[002引 dS一Vtx ? a [〔Hand/ (Cmx+Cl+2咕+旬沈+3 ?〔Buf) +咕+旬比+3 ?〔Buf) //(CrxTx+Cl))]
[002引其中，ds近似为手电容Caand的线性函数。Ckxt为发射电极与接收电极之间的电容。 〔8^为前端集成电路装置的输入缓冲器的输入电容。C^为Rx馈送线与Tx电极之间所产生 的电容。旬为噪声禪合电容。Che为Rx电极与接地之间的电容。参数V为由用于输入电 路中的分压器确定的衰减因子。
[0027] 上述方程式展现；当使分母最小化时，对手的敏感度增加。在一应用中，下列参数 为影响因子：
[002引 （a)Rx馈送线电容Cl
[002引 化)Rx电极接地电容ChG及
[0030] (C)Rx电极与Tx电极之间的电容CkxTx
[0031] 可通过使Rx馈送线到Tx电极及其馈送线的距离最大化而实现因子（a)的第一解 决方案。然而，此为使Rx馈送线免受手影响的推荐权衡。根据各种实施例，上述方程式展 现：用Tx信号替代接地来屏蔽Rx馈送线是更好的。接地屏蔽会增大比片更负面地影响系 统敏感度的Ck,。。使Rx馈送线尽可能地细总是好的。此使到Tx及接地的馈送线电容W及 手对馈送线的影响最小化。
[0032] 可在围绕Rx馈送线使用有源防护/屏蔽时实现因子（a)的第二解决方案，其中由 接收及缓冲的输入信号有源地驱动所述防护/屏蔽。在理想状态下，所述防护将为完全围 封馈送线的同轴电缆。其它非最佳设计为屏蔽顶部及/或两侧。
[0033] 一般可通过使Rx-Tx电极层叠与接地之间的距离最大化而实现因子化）的解决方 案。由于接地部件通常覆盖集成前端系统的较大区域，所W电场杂散效应通常支配Che且 通常无需使到接地的Rx电