多屏蔽电容性传感电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及传感器，并且更具体地，涉及多屏蔽电容性传感电路。
【背景技术】
[0002]智能电话和其它移动设备已经迅速地在整个世界变得普遍存在。通常在饭店、等候室、或在街角看到使用移动电话和平板计算机。移动设备被用于玩游戏、摄影、听音乐、社交网络或仅仅经由内置的麦克风和扬声器与另一个人说话。
[0003]移动设备通过使家人和朋友保持通讯、允许任何瞬间被捕获为照片或视频、以及提供紧急情况中联系某人的手段而丰富了生活。图1a图解了移动设备10。移动设备10是触屏直板蜂窝式(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、手持式游戏控制台或利用电容性接近或触摸传感的任何其它设备。
[0004]移动设备10包括接近传感器11。接近传感器11检测用户离移动设备10的正面的距离。接近传感器11使用传感元件的自电容来确定用户是否在接近。接近传感器11还确定用户离移动设备10的正面的距离。传感元件的自电容随着用户的身体部分在接近传感器11附近移动而改变。对移动设备10的操作系统进行编程以当接近传感器11报告用户接近移动设备时做出反应。在一个实施例中，当用户在移动设备的附近时减小移动设备10的射频(RF)输出功率以防止超过特定吸收率(SAR)规定。SAR是当被暴露在RF电磁场时由人体吸收的能量的比率的量度。
[0005]移动设备10包括在移动设备正面上的触屏12。触屏12被用于显示图形用户界面(⑶I)。触屏12上的⑶I如由移动设备10的操作系统确定的那样向用户呈现反馈、通知以及其它信息。触屏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。
[0006]在移动设备10的一个普通的使用场景中，触屏12将按钮显示为⑶I的一部分，并且用户触摸触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，触屏12显示3x4的电话键区。用户在所显示的键区上通过在显示了所期望要拨的数字的位置处触摸触屏12来拨电话号码。触屏12与电话键区一起(或作为电话键区的可代替物)显示字母数字键盘，其中用户在要被输入进触屏上显示的文本输入栏中的字母、数字、或符号的位置中触摸触屏。触屏12还被用于采用用户的触摸控制视频的回放或游戏的进行来观看所下载的或所流式传输的视频、或玩游戏。在一些实施例中，当触屏的显示组件被禁用时触屏12对用户的触摸敏感。当听音乐时，用户通过在触屏12上画符号(即使什么也没有被显示在触屏上)来暂停音乐或前进到音乐的下一音轨。
[0007]按钮14为触屏12提供了替代的用户输入机制。按钮14依靠运行在移动设备10上的操作系统的编程来执行功能。在一个实施例中，按钮14将触屏12上的GUI返回到主屏幕、回到先前的GUI屏幕、或打开GUI上的菜单。在其它实施例中，按钮14的功能基于在触屏12上显示的背景而改变。在一个实施例中，使用类似于接近传感器11的接近传感器来实现按钮14。用户将手指放置在按钮14中的一个上改变按钮下面的传感元件的自电容。当检测到接近时，用于相应的按钮的接近传感器通知移动设备10的操作系统执行与该按钮按压相关联的编程。
[0008]扬声器16为移动设备10的用户提供可听的反馈。当移动设备10接收进入的消息时，扬声器16产生可听的通知声以警告用户所接收到的消息。进入的电话通话引起来自扬声器16的振铃声以警告用户。在其它实施例中，当接收到进入的电话通话时经由扬声器
16播放可以经由触屏12上的GUI选择的音乐铃声。当移动设备10被用于参与电话通话时，移动设备的用户向麦克风17内说话，同时由扬声器16重现另一会话参与者的声音。当用户观看电影或玩游戏时，由扬声器16为用户产生用来听的与电影或游戏相关联的声音。
[0009]前置摄像机18为移动设备10的操作系统提供视觉反馈。摄像机18创建正对触屏12的区域的数字图像。摄像机18被用于在移动设备10上运行的视频聊天应用中以在会话期间捕获用户的脸。移动设备10将用户的视频传输到在另一位置的另一移动设备，并接收被显示在触屏12上的使用其它移动设备的另一个人的流式传输视频。摄像机18还被用于拍自拍或其它照片。当摄像机18被用于拍照片时，触屏12显示正由摄像机捕获图像以便触屏是电子取景器。所捕获的照片被存储在移动设备10内的存储器上用于随后在触屏12上观看、在社交网络上分享、或备份到个人计算机。
[0010]外壳20为移动设备10的内部组件提供结构上的支撑和保护。外壳20由硬质塑料或金属材料制成以经受如果被直接地暴露的话对移动设备10内的电路板和其它组件造成伤害的环境危险。在一个实施例中，与触屏12相反的外壳20的面板是可移除的以暴露诸如用户识别模块(sno卡、闪存卡或电池之类的移动设备10的可互换部分。外壳20包括在触屏12之上的透明玻璃或塑料部分，其保护触屏免受环境因素影响，同时允许用户的触摸被通过外壳感测到。
[0011]图1b图解了操作移动设备10作为电话的用户30。用户30拿着移动设备10，其中扬声器16在用户的耳朵上。使麦克风17定向成朝着用户30的嘴。当用户30说话时，麦克风17检测并数字化用户的声音以用于传输到用户正与其说话的人。用户30正与其说话的人将经数字化的声音信号传输到移动设备10，在扬声器16上将该经数字化的声音信号重现并由用户听取。因此用户30使用移动设备10与另一个人会话。
[0012]当用户30如图1b中图解的那样拿着移动设备10时，接近传感器11通知操作系统用户在附近。移动设备10的操作系统执行代码以减小RF输出、禁用触屏12、并如所编程的那样执行任何其它动作。
[0013]图1c图解了用户30触摸或按压按钮14。按压按钮14根据移动设备10的编程执行操作系统的各种动作。在一个实施例中，用户30按压主画面按钮以将触屏12的显示返回到主屏幕。
[0014]接近传感器11以及按钮14中的每一个都通过测量位于移动设备10内的对应传感元件的自电容来操作。传感元件的自电容随着用户30的身体部分或对象朝着传感元件移动而增大。传感元件的自电容随着用户30的身体部分或对象被移动远离传感元件而减小。将传感元件的自电容与阈值比较以确定用户30是否在传感元件附近。在其它实施例中，传感元件的自电容值被转换成移动设备10与用户30之间的距离的测量。在垂直于触屏12的方向中测量对象离移动设备10的距离被称为z轴检测。
[0015]电容性触摸传感利用在传感元件下面的屏蔽平面以提供传感的定向性并减少来自噪声的干扰。通过感测传感元件的自电容的集成电路(IC)驱动用于电容性触摸传感的屏蔽平面。当检测接近时，传感IC将屏蔽平面驱动到与所关联的传感元件近似相同的电压电势。针对要被精确地检测的用户30的Z轴距离和接近而言，传感IC必须能够维持屏蔽平面接近与传感元件相同的电压。当屏蔽区域的电压与对应的传感元件不同时，屏蔽区域促成传感区域的自电容，从而影响接近读取。
[0016]移动设备制造商的一个目标是提供在移动设备的多区域中的电容性触摸传感。使用位于不同位置的更多的接近传感器允许移动设备制造商实现消费者需要的高级功能。然而，当在移动设备10的远的区域处需要接近传感时，使用单个接近传感集成电路变得有挑战。市场上可得到的接近传感器IC包括多传感元件端子，但是只有单个端子连接屏蔽平面。驱动移动设备10的远的位置处的具有单个屏蔽输出的多屏蔽平面减少了传感IC将屏蔽平面维持在接近个别的传感元件的电压的电压处的能力。屏蔽端子正驱动比用于测量个别的传感元件实际上必需的更大的负载。此外，由于每个屏蔽区域都连接到传感IC的共同的屏蔽端子，所以来自移动设备10的一个区域的RF以及其它干扰影响移动设备的其它区域中的传感。
[0017]多传感IC可以被用于提供用于移动设备10的每个区域中的电容性触摸传感的隔离的屏蔽平面。然而，使用多传感IC占用移动设备10的电路板上的附加的空间。随着当今的消费者需要更小的且更薄的移动设备，电路板区域变得更有价值并且有限的。制造商的第二个目标是为消费者提供更小的且更轻的移动设备。使用多电容性传感IC还增大了制造商的成本。
[0018]当今市场上的电容性传感IC要求移动设备制造商的目标之间的权衡。一方面，制造商可以使用多传感IC以精确地检测在移动设备的远的区域处的用户的接近。使用多传感IC增大移动设备的尺寸和成本。另一方面，移动设备制造商可以使用只提供单个屏蔽端子的单个传感1C。随着更多的屏蔽平面被用在移动设备的更多区域中，具有单个屏蔽端子的单个传感IC提供具有减小的精确度的结果。具有较不精确的接近传感器或具有较少的接近传感器的移动设备10不能够提供其它移动设备的高级的功能。
【发明内容】
[0019]存在改善在移动设备的远的区域处的接近传感的精确度而不增加所使用的组件的数目的需求。因此，在一个实施例中，本发明是制造接近传感器的方法，其包含提供电容性触摸控制器、将第一屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第一屏蔽端子、将第二屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第二屏蔽端子、将第一传感元件设置为邻近于第一屏蔽区域以及将第二传感元件设置为邻近于第二屏蔽区域的步骤。
[0020]在另一实施例中，本发明是制造接近传感器的方法，其包含提供电容性触摸控制器、将第一屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第一端子、以及将第二屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第二端子的步骤。
[0021]在另一实施例中，本发明是包含电容性触摸控制器的接近传感电路。将第一屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第一屏蔽端子。将第二屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第二屏蔽端子。
[0022]在另一实施例中，本发明是包含第一屏蔽端子、第二屏蔽端子以及屏蔽控制模块的电容性触摸控制器。第一多路复用器(MUX)选择性地将第一屏蔽输出端子和第二屏蔽输出端子耦合到屏蔽控制模块。
【附图说明】
[0023]图1a-1c图解了具有电容性接近传感能力的移动设备；
图2a_2b图解了在电路板上包括接近传感器的移动设备；
图3a_3c图解了在接近传感元件、环绕屏蔽区域以及人的手指之间的电场；
图4图解了包括四个传感端子和两个屏蔽端子的电容性触摸控制器；以及图5a-5b图解了包括具有3个屏蔽端子的12个可配置的传感端子的电容性触摸控制器。
【具体实施方式】
[0024]参考附图在以下的描述中的一个或多个实施例中描述本发明，在附图中同样的标号代表相同的或类似的元件。虽然依照实现本发明的目标的最佳模式描述本发明，但是本领域技术人员将要领会的是，意图覆盖如可以被包括在如由随附的权利要求以及如由以下的公开和附图支持的它们的等价物限定的的本发明的精神和范围之内的供选方案、修改以及等价物。
[0025]图2a图解了具有被移除以展现印刷电路板(PCB) 50的触屏12和外壳20的一部分的移动设备10，所述PCB50具有在PCB的表面上形成或设置的CPU34、电容性触摸控制器56、传感元件58、屏蔽区域60、传感元件68以及屏蔽区域70。在其它实施例中，使用柔性印刷电路(FPC)代替PCB50。具有传感元件58的电容性触摸控制器56形成了移动设备10的接近传感器11。传导迹线62将传感元件58连接到电容性触摸控制器56，同时传导迹线64将屏蔽区域60连接到电容性触摸控制器。传导迹线66提供CPU34和电容性触摸控制器56之间的通信。在按钮14下面的PCB50上形成传感元件68以检测用户30到个别按钮的接近。将每一个传感元件68通过分开的传导迹线67连接到电容性触摸控制器56。传导迹线69将屏蔽区域70连接到电容性触摸控制器56。