專利名稱：Tx-rx電容式傳感器的補(bǔ)償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用戶界面設(shè)備領(lǐng)域，特別是電容式傳感器設(shè)備。
背景技術(shù)：
計(jì)算設(shè)備，如筆記本電腦、個(gè)人數(shù)據(jù)助理系統(tǒng)(PDA)、自助式服務(wù)機(jī)、移動(dòng)電話，均 具有用戶界面設(shè)備，也稱為人機(jī)交互設(shè)備(HID)。一種常用用戶界面設(shè)備是觸摸感應(yīng)板(通 常也稱為觸控板)。基本筆記本電腦觸摸感應(yīng)板模擬個(gè)人電腦(PC)鼠標(biāo)的功能。觸摸感應(yīng) 板通常嵌于PC筆記本中，以提供內(nèi)置便攜性。觸摸感應(yīng)板使用二個(gè)確定軸來(lái)模擬鼠標(biāo)在X/ Y方向上的移動(dòng)，這兩個(gè)確定軸中飲食一組傳感器元件，用于檢測(cè)某一導(dǎo)電物體(如手指) 的位置。使用觸控板附近的二個(gè)機(jī)械按鈕，或者輕擊觸摸感應(yīng)板本身，可模擬鼠標(biāo)的右/左 按鈕單擊操作。觸摸感應(yīng)板提供了一種用戶界面設(shè)備，用于執(zhí)行諸如在顯示器上定位光標(biāo) 或選擇某一項(xiàng)目之類的功能。這些觸摸感應(yīng)板可以包括多維傳感器陣列，用于檢測(cè)在多個(gè) 方向軸中產(chǎn)生的移動(dòng)。傳感器陣列可包括一維傳感器陣列，用于檢測(cè)在一個(gè)方向軸上產(chǎn)生 的移動(dòng)。傳感器陣列也可以是二維的，用于檢測(cè)在兩個(gè)方向軸中產(chǎn)生的移動(dòng)。有一類觸控板，其工作方式是利用電容傳感器進(jìn)行電容感應(yīng)。由電容傳感器所檢 測(cè)到的電容，隨一導(dǎo)電物體相對(duì)于該傳感器的相對(duì)位置而變化。例如，導(dǎo)電物體可以是手寫(xiě) 筆或用戶手指。在觸摸感應(yīng)設(shè)備中，由于導(dǎo)體的位置或移動(dòng)，傳感器陣列中X和Y方向上的 各傳感器檢測(cè)到的電容值會(huì)發(fā)生變化，可以通過(guò)多種不同方法測(cè)量這一變化值。無(wú)論采用 何種方法，通常由一處理設(shè)備處理一個(gè)代表各電容式傳感器所檢測(cè)電容值的電信號(hào)，該處 理設(shè)備又生成電信號(hào)或光信號(hào)，表示導(dǎo)電物體在X和Y方向上相對(duì)于觸摸感應(yīng)板的位置。觸 摸感應(yīng)條、滑塊或按鈕的工作方式均采用同一電容感應(yīng)原理。第一類傳統(tǒng)觸控板由行列矩陣組成。在各行或列中有多個(gè)傳感器元件。然而，各 行或列中的所有感應(yīng)板耦合在一起，作為一個(gè)長(zhǎng)傳感器元件工作。第二類傳統(tǒng)感應(yīng)板由獨(dú) 立傳感元件的XY陣列組成，其中，一行或一列中的各個(gè)傳感器元件獨(dú)立感應(yīng)。在此，各行及 列由多個(gè)傳感元件組成，每個(gè)都能單獨(dú)檢測(cè)電容的存在和大小。因此，它們可用于檢測(cè)任何 數(shù)量的同時(shí)觸摸。界面設(shè)備(如觸控板)中使用的電容式傳感系統(tǒng)通常檢測(cè)電容式傳感器的電容變 化，這一變化是由于導(dǎo)電物體鄰近或接觸該傳感器所產(chǎn)生的，但是，與該傳感器的電容值相 比，如果該傳感器所檢測(cè)到電容變化非常小，電容變化檢測(cè)能力會(huì)下降。例如，一電容式傳 感元件被設(shè)置用于檢測(cè)某一輸入，該輸入可以是手指或其他物體接近或接觸該傳感器，當(dāng) 沒(méi)有任何輸入時(shí)，該傳感器元件與地之間有一電容CP。電容CP也稱為傳感器的寄生電容。 對(duì)于有多個(gè)傳感元件的電容式傳感器，二個(gè)或更多傳感元件之間也可能有互電容CM。傳感器檢測(cè)到的輸入可能會(huì)導(dǎo)致電容變化CF，該變化值遠(yuǎn)低于CP或CM。因此，如果用數(shù)字編碼 表示傳感器電容，在數(shù)字編碼所能表示的最小離散電容級(jí)別中，較大部分用于代表寄生或 互電容，而這些離散級(jí)別的較小部分代表電容變化CF。在這種情況下，很難以高分辨率來(lái)分 辨由輸入導(dǎo)致的電容變化CF。


在附圖中以示例方式而非限制方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。圖1A是一種電子系統(tǒng)的具體實(shí)施例框圖，該系統(tǒng)擁有一個(gè)處理設(shè)備，用于檢測(cè)是 否存在導(dǎo)電物體。圖1B是一種設(shè)備的具體實(shí)施例框圖，該設(shè)備用于檢測(cè)觸控板上是否存在一輸入 以及該輸入的位置。圖2A說(shuō)明一種電路的具體實(shí)施例，該電路用于在電容式傳感器上檢測(cè)輸入，同時(shí) 補(bǔ)償電容式傳感元件的寄生電容及互電容。圖2B給出一組電壓和電流波形，用于描述一種電容傳感電路實(shí)施例的操作。圖3說(shuō)明一種電路的一個(gè)具體實(shí)施例，該電路用于檢測(cè)一個(gè)輸入的大小及位置， 同時(shí)補(bǔ)償電容式傳感器元件的寄生電容及互電容。圖4說(shuō)明一種電路的一個(gè)具體實(shí)施例，該電路用于檢測(cè)一個(gè)輸入的大小及位置， 同時(shí)補(bǔ)償電容式傳感器元件的寄生電容及互電容。圖5說(shuō)明一種電路的一個(gè)具體實(shí)施例，該電路用于向電容傳感電路提供補(bǔ)償電流。圖6是一個(gè)流程圖，說(shuō)明了依照一個(gè)實(shí)施例，對(duì)電容傳感電路中傳感元件的寄生 電容及互電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程。圖7A是說(shuō)明一個(gè)校準(zhǔn)電路的實(shí)施例的方框圖，該校準(zhǔn)電路用于對(duì)補(bǔ)償電路進(jìn)行 校準(zhǔn)。圖7B是一個(gè)流程圖，說(shuō)明依照一個(gè)實(shí)施例，對(duì)電容傳感電路中的補(bǔ)償電流進(jìn)行校 準(zhǔn)的過(guò)程。
具體實(shí)施例方式本文描述一種方法和儀器，用于檢測(cè)電容式傳感器的電容值，并能同時(shí)補(bǔ)償該傳 感器的寄生電容影響到和互電容恒定部分。下面詳細(xì)描述了各種具體細(xì)節(jié)，如具體系統(tǒng)、部 件、方法等的示例，以方便更好地理解本發(fā)明的一些實(shí)施例。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，即使沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的至少一部分實(shí)施例。在其它示例中，對(duì)于 一些眾所周知的部件或方法不做詳細(xì)描述或者僅以簡(jiǎn)單框圖進(jìn)行說(shuō)明，以避免對(duì)本說(shuō)明造 成不必要的模糊。因此，該等特定細(xì)節(jié)僅作為例示。特定實(shí)施例可能與這些例示性細(xì)節(jié)有 所不同，但仍應(yīng)認(rèn)為屬于包含本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。本申請(qǐng)案描述了一種用于檢測(cè)電容式傳感器輸入的方法與設(shè)備的實(shí)施例。在一個(gè) 實(shí)施例中，TX-RX電容式傳感器的傳感器元件包括最少一個(gè)發(fā)射(TX)電極及至少一個(gè)接收 (RX)電極。各個(gè)傳感器元件(包括發(fā)射和接收電極)具有寄生電容CP和一個(gè)互電容CM。 傳感器元件的寄生電容是傳感器元件與地之間的電容。傳感器元件的互電容是傳感器元件與其它傳感器元件之間的電容。 在一個(gè)實(shí)施例中，電容傳感電路通過(guò)檢測(cè)傳感器元件的電容變化來(lái)檢測(cè)電容式傳 感器的輸入。例如，手指放在傳感器元件附近可能會(huì)導(dǎo)致傳感器元件的電容降低?？梢詸z測(cè) 這一電容變化的大小，并將其轉(zhuǎn)換為可由計(jì)算機(jī)或其他電路處理的電壓電平或數(shù)字編碼。在一個(gè)采用電容式傳感器(其擁有發(fā)射與接收電極)的實(shí)施例中，由于發(fā)射和接 收電腦之間存在電容耦合，所以施加至發(fā)射電極的信號(hào)將在接收電極感應(yīng)出電流。接收電 極上感應(yīng)電流的大小取決于兩電極之間的電容耦合程度。物體(如手指)接近電極時(shí)，可 改變電極之間的電容及電極與地之間的電容。此變化又影響到在接收電極上所感應(yīng)的電流 量。因此，感應(yīng)電流的大小反映了由于該輸入所導(dǎo)致的發(fā)射和接收電極的電容變化。在一 個(gè)實(shí)施例中，可進(jìn)一步將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼，并表示為有限個(gè)離散電平之一。除包括CF之外，所測(cè)得的傳感器元件電容還包括寄生電容CP和互電容CM?；鶞?zhǔn)電 容也可描述為該傳感器元件在沒(méi)有輸入(如手指觸摸)時(shí)的電容。如果Cp和CM引起的基 準(zhǔn)電容相對(duì)于CF很大，則該數(shù)字編碼分辨眾多CF級(jí)別的能力將會(huì)下降。因此，由于是在CM 具有很大基值的情況下檢測(cè)CM的微小變化，所有轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)態(tài)范圍未能得到有效利用。 因此，在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)cM基值的影響進(jìn)行補(bǔ)償，允許數(shù)字編碼使用更大數(shù)量的離散級(jí)別 來(lái)分辨CF，通過(guò)將微小電容變化按比例放大到電容傳感電路的整個(gè)輸入范圍上，改進(jìn)動(dòng)態(tài) 范圍的利用。在一個(gè)補(bǔ)償電路的實(shí)施例中，為了將寄生電容和互電容恒定部分的影響降至最 低，提供了一個(gè)補(bǔ)償電流，對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除傳感器基準(zhǔn)電容所導(dǎo)致的部分電流。因此， 當(dāng)電容式傳感器上沒(méi)有輸入時(shí)，來(lái)自接收電極的同步解調(diào)電流被降至最低。因此，該數(shù)字 編碼所能分辨的離散級(jí)別中，就有更多級(jí)別可被用于表示CF的全部動(dòng)態(tài)范圍。在電路運(yùn)行 時(shí)，使用電壓緩沖使接收電極盡可能恒定，從而補(bǔ)償接收電極的寄生電容Cp，減少電路運(yùn)行 時(shí)對(duì)Cp進(jìn)行充電所造成的影響。圖1A是一種電子系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖，其中，可實(shí)施具有寄生電容和互電容補(bǔ)償 電路的電容傳感器。電子系統(tǒng)100包括處理設(shè)備110、觸摸感應(yīng)板120、觸摸感應(yīng)滑塊130、 觸摸感應(yīng)按鈕140、主處理器150、嵌入式控制器160和非電容傳感元件170。處理設(shè)備110 可包括模擬和/或通用數(shù)字輸入/輸出(“GPI0”)端口 107。GPI0端口 107可編程。GPI0 端口 107可耦合到可編程互連和邏輯(“PIL”)，作為GPI0端口 107與處理設(shè)備110(未示 出)的數(shù)字塊陣列之間的一個(gè)互連。在一個(gè)實(shí)施例中，使用可配置的用戶模塊(“UM”)，對(duì) 數(shù)字塊陣列進(jìn)行配置，以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字邏輯電路(如，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、數(shù)字濾波器或數(shù) 字控制系統(tǒng))。該數(shù)字塊陣列可耦合到系統(tǒng)總線。處理設(shè)備110也可包括存儲(chǔ)器，如隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器(RAM) 105和程序閃速存儲(chǔ)器104。RAM 105可以是靜態(tài)RAM (SRAM)，程序閃速存 儲(chǔ)器104可以是可用于存儲(chǔ)固件(如可由處理內(nèi)核102執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)本文所述操作的控制算 法)的非易失性存儲(chǔ)器。處理設(shè)備110也可包括耦合至存儲(chǔ)器和處理內(nèi)核102的存儲(chǔ)器控 制器單元(MCU)103。處理設(shè)備110也可包括模擬塊陣列(未示出)。該模擬塊陣列也耦合到系統(tǒng)總路 線。在一個(gè)實(shí)施例中，也可使用可配置的UM，對(duì)模擬塊陣列進(jìn)行配置，以實(shí)現(xiàn)各種模擬電路 (如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或模擬濾波器)。該模擬塊陣列也可耦合到GPI0 107。如圖中所示，電容傳感電路101可集成到處理設(shè)備110中。電容式傳感電路101可包括模擬I/O以耦合到外部組件，如觸摸感應(yīng)板120、觸摸感應(yīng)滑塊130、觸摸感應(yīng)按鈕140 和/或其它設(shè)備。下面更詳細(xì)地描述了電容式傳感電路101及處理設(shè)備102。本文描述的實(shí)施例不限于筆記本電腦所使用的觸摸感應(yīng)板，而是可用于其它電容 式傳感實(shí)施方式，如，傳感設(shè)備可以是觸摸屏、觸摸感應(yīng)滑塊130或觸摸感應(yīng)按鈕140 (如電 容式傳感按鈕)。在一個(gè)實(shí)施例中，這些傳感設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)電容式傳感器。還應(yīng) 注意，本文描述的實(shí)施例可在電容式傳感之外的其它傳感技術(shù)中實(shí)施，如，電阻、光學(xué)成像、 表面波、紅外線、色散信號(hào)和應(yīng)變儀技術(shù)。同樣，本文所述的操作不限于筆記本電腦光標(biāo)操 作，而是可包括其它操作，如照明控制(調(diào)光器)、音量控制、圖式均衡器控制、速度控制或 需要逐步或分散調(diào)整的其它控制操作。還應(yīng)注意，電容式傳感實(shí)施的這些實(shí)施例可用于非 電容式傳感元件，包括但不限于選擇按鈕、滑塊(如顯示器亮度和對(duì)比度)、滾輪、多媒體控 制(如音量、跟蹤推進(jìn)等)手寫(xiě)識(shí)別和數(shù)字鍵盤(pán)操作。在一個(gè)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)100包括通過(guò)總線121耦合到處理設(shè)備110觸摸感應(yīng) 板120。觸摸感應(yīng)板120可包括多維傳感器陣列。多維傳感器陣列包括組織為多行和多列 的多個(gè)傳感器元件。在另一個(gè)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)100包括通過(guò)總線131耦合到處理設(shè)備 110的觸摸感應(yīng)滑塊130。觸摸感應(yīng)滑塊130可包括單維傳感器陣列。單維傳感器陣列可 包括組織成多行或多列的多個(gè)傳感器元件。在另一個(gè)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)100包括通過(guò)總 線141耦合到處理設(shè)備110的觸摸感應(yīng)按鈕140。觸摸感應(yīng)按鈕140可包括單維或多維傳 感器陣列。單維或多維傳感器陣列可包括多個(gè)傳感器元件。對(duì)于觸摸感應(yīng)按鈕，傳感器元 件可耦合到一起以檢測(cè)整個(gè)傳感設(shè)備表面上是否存在導(dǎo)電物體?；蛘?，觸摸感應(yīng)按鈕140 可具有單個(gè)傳感器元件，用于檢測(cè)是否存在導(dǎo)電物體。在一個(gè)實(shí)施例中，觸摸感應(yīng)按鈕140 可包括一個(gè)電容式傳感器元件。電容式傳感器元件可用作非接觸傳感器元件。當(dāng)受到絕緣 層的保護(hù)時(shí)，這些傳感器元件可用于惡劣環(huán)境。電子系統(tǒng)100可包括一個(gè)或多個(gè)觸摸感應(yīng)板120、觸摸感應(yīng)滑塊130和/或觸摸感 應(yīng)按鈕140的任何組合。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)100也可包括通過(guò)總線171耦合到 處理設(shè)備110的非電容傳感器元件170。非電容傳感器元件170可包括按鈕、發(fā)光二極管 (LED)及其它用戶界面設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或不需要電容式傳感的其它功能鍵。在一個(gè)實(shí)施 例中，總線171、141、131和121可以是單個(gè)總線。另外，這些總線可配置成一個(gè)或多個(gè)單獨(dú) 總線的任何組合。處理設(shè)備110可包括內(nèi)部振蕩器/時(shí)鐘106和通信塊108。振蕩器/時(shí)鐘塊106 為處理設(shè)備110的一個(gè)或多個(gè)部件提供時(shí)鐘信號(hào)。通信塊108可用于通過(guò)主界面(I/F)線 151與諸如主處理器150之類的外部部件通信?；蛘?，處理塊110也可耦合到嵌入式控制器 160，以與諸如主機(jī)150之類的外部部件通信。在一個(gè)實(shí)施例中，可配置處理設(shè)備110，與嵌 入式控制器160或主機(jī)150通信，以發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)。處理設(shè)備110可位于公用載體板上，例如集成電路(IC)晶片基板、多芯片模塊基 板或類似電路板。另外，處理設(shè)備110的部件可以是一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的集成電路和/或分散 部件。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，處理設(shè)備110可以是加州圣荷西的Cypress Semiconductor Corporation制造的芯片上可編程系統(tǒng)(PSoC )處理設(shè)備。或者，處理設(shè)備110可以本領(lǐng) 域技術(shù)人員熟知的一個(gè)或多個(gè)其它處理設(shè)備，如微處理器或中央處理單元、控制器、專用處 理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或類似處理設(shè)備。還應(yīng)該注意，本文所述的實(shí)施例不限于將處理設(shè)備耦合到主機(jī)這種配置，可包括 如下系統(tǒng)測(cè)量傳感設(shè)備上的電容，并將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，由應(yīng)用程序在主機(jī)上對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析。事實(shí)上，由處理設(shè)備110完成的處理過(guò)程也可在主機(jī)上完成。電容式傳感電路101可集成到處理設(shè)備110的IC中，也可位于單獨(dú)的IC中?；?者，可生成并編譯電容式傳感電路101的描述內(nèi)容，以融入其它集成電路中。例如，使用硬 件描述語(yǔ)言(如VHDL或者Verilog語(yǔ)言)可生成描述電容式傳感電路101或其某些部分 的行為層代碼，并存儲(chǔ)到機(jī)器可存取介質(zhì)中(如，CD-ROM、硬盤(pán)、軟盤(pán)等)。而且，該行為層 代碼可編譯到寄存器傳送層(“RTL”)代碼、網(wǎng)表或甚至電路布局，并存儲(chǔ)到機(jī)器可存取介 質(zhì)中。行為層代碼、RTL代碼、網(wǎng)表及電路布局都代表描述電容傳感器電路101的各個(gè)抽象 層。請(qǐng)注意，電子系統(tǒng)100的部件可以包括上述所有部件?；蛘撸娮酉到y(tǒng)100可以僅 包括上述部分部件。在一個(gè)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)100可用于筆記本電腦中?；蛘?，電子設(shè)備可用于其它 應(yīng)用中，如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、鍵盤(pán)、電視、遙控器、監(jiān)視器、手持多媒體設(shè)備、手 持視頻播放器、手持游戲設(shè)備或控制面板。圖1B是一個(gè)框圖，說(shuō)明了 TX-RX電容觸控板傳感器的一項(xiàng)實(shí)施例和將所測(cè)得的電 容值轉(zhuǎn)換到觸控板坐標(biāo)的電容式傳感電路。觸摸傳感器120包括具有NXM個(gè)電極(N接收 電極和M發(fā)射電極)的矩陣125，它可進(jìn)一步包括發(fā)射(TX)電極122和接收(RX)電極123。 矩陣125中的各個(gè)電極通過(guò)多路轉(zhuǎn)接機(jī)112和113連接到電容式傳感電路101。電容式傳 感電路101包括多路轉(zhuǎn)接機(jī)控制器111、多路轉(zhuǎn)接機(jī)112和113、時(shí)鐘生成器114、信號(hào)生成 器115、解調(diào)電路116和電流編碼(電流至編碼)轉(zhuǎn)換器117。電流編碼轉(zhuǎn)換器117進(jìn)一步 與觸摸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器118耦合。電極矩陣125中發(fā)射和接收電極的排列方式使得每個(gè)發(fā)射電極與每個(gè)接收電極 交叉。因此，每個(gè)發(fā)射電極與每個(gè)接收電極進(jìn)行電容式耦合。例如，發(fā)射電極122和接收電 極123在發(fā)射電極122和接收電極123的交叉點(diǎn)進(jìn)行電容式耦合。時(shí)鐘生成器114為信號(hào)生成器115提供時(shí)鐘信號(hào)，信號(hào)生成器115生成將提供給 觸摸傳感器120發(fā)射電極的TX信號(hào)124。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)生成器115包括一套開(kāi)關(guān)， 這些開(kāi)關(guān)根據(jù)來(lái)自時(shí)鐘生成器114的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行操作。這些開(kāi)關(guān)先將信號(hào)生成器115的 輸出連接至電壓源，然后連接至地，通過(guò)這種周期性變換，可生成TX信號(hào)124。信號(hào)生成器115的輸出連接到多路轉(zhuǎn)接機(jī)112，它允許TX信號(hào)124應(yīng)用于觸摸傳 感器120的M個(gè)發(fā)射電極中的任意一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，多路轉(zhuǎn)接機(jī)控制器111控制多 路轉(zhuǎn)接機(jī)112，以便TX信號(hào)124依次應(yīng)用到各個(gè)發(fā)射電極。多路轉(zhuǎn)接機(jī)112也可用于將當(dāng) 前未向其提供TX信號(hào)124的其它發(fā)射電極接地。由于發(fā)射和接收電極之間的容性耦合，被施加至每個(gè)發(fā)射電極的TX信號(hào)124將在 每個(gè)接收電極產(chǎn)生感應(yīng)電流。例如，當(dāng)TX信號(hào)124通過(guò)多路轉(zhuǎn)接機(jī)112應(yīng)用到發(fā)射電極122 時(shí)，TX信號(hào)124在矩陣125中的接收電極上感應(yīng)出RX信號(hào)125。然后，可使用多路轉(zhuǎn)接機(jī) 113將N個(gè)接收電極中的每一個(gè)電極依次連接到解調(diào)電路116，從而依次測(cè)量每個(gè)接收電極 上的RX信號(hào)125。
使用多路轉(zhuǎn)接機(jī)112和113，選擇TX電極和RX電極的每個(gè)可用組合，即可感測(cè)TX 電極與RX電極交點(diǎn)處的電容。當(dāng)一物體(如手指)接近電極矩陣125時(shí)，該物體將導(dǎo)致電容值下降，而這一下降 情況僅會(huì)影響部分電極。例如，如果手指放在發(fā)射電極122和接收電極123的交點(diǎn)附近，手 指的出現(xiàn)會(huì)降低二個(gè)電極122和123之間的電容。因此，當(dāng)接收電極上測(cè)量到電容降低時(shí)， 通過(guò)識(shí)別電容降低的接收電極和應(yīng)用TX信號(hào)124的發(fā)射電極，即可確定手指在觸控板上的位置。因此，通過(guò)依次確定矩陣125中各電極交點(diǎn)處的電容，即可檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)輸入 的位置。解調(diào)電路116對(duì)感應(yīng)電流波形125進(jìn)行整流。然后，由電流編碼轉(zhuǎn)換器117對(duì)解 調(diào)電路116經(jīng)過(guò)整流的電流輸出進(jìn)行濾波，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。觸摸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器118將數(shù) 據(jù)編碼轉(zhuǎn)換為觸摸坐標(biāo)，表示一輸入在觸摸感應(yīng)板上的位置。圖2A說(shuō)明一個(gè)電容傳感器電路的實(shí)施例，該電路包括一個(gè)補(bǔ)償電路，用于將寄生 電容和互電容的影響降至最低。電容傳感電路200包括多路轉(zhuǎn)接機(jī)112和113、時(shí)鐘生成 器114、信號(hào)生成器115、解調(diào)電路116和電流編碼(電流至編碼)轉(zhuǎn)換器117。信號(hào)生成 器115包括開(kāi)關(guān)211和212。解調(diào)電路116包括開(kāi)關(guān)231、232和模擬緩沖233。電流編碼 轉(zhuǎn)換器117包括跨阻放大器(TIA)240和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)242。TIA 240包括運(yùn)算放 大器241和反饋網(wǎng)絡(luò)243。時(shí)鐘生成器114為信號(hào)生成器115提供兩種不同的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘221和時(shí)鐘 222。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘221和時(shí)鐘222信號(hào)為非重疊信號(hào)，因此決不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)鐘 221和時(shí)鐘222信號(hào)。信號(hào)生成器115包括開(kāi)關(guān)211和212，分別受控于時(shí)鐘221和時(shí)鐘 222信號(hào)。因此，開(kāi)關(guān)211和212以非重疊方式運(yùn)行，將節(jié)點(diǎn)213首先連接到電壓源Vec，然 后連接到地，以此交替進(jìn)行。這將在節(jié)點(diǎn)213上生成一個(gè)在\c和地之間振蕩的TX信號(hào)。多路轉(zhuǎn)接機(jī)112將該TX信號(hào)施加到TX節(jié)點(diǎn)226。TX節(jié)點(diǎn)226可能是連接到多路 轉(zhuǎn)接機(jī)112的許多發(fā)射節(jié)點(diǎn)之一。例如，參考圖1B，TX節(jié)點(diǎn)226可代表電極矩陣125中的 一個(gè)發(fā)射電極，如發(fā)射電極122。TX節(jié)點(diǎn)226通過(guò)寄生電容CPT 223電容式耦合到地，并通 過(guò)互電容Cm225電容式耦合到RX節(jié)點(diǎn)227。由于TX節(jié)點(diǎn)226和RX節(jié)點(diǎn)227之間存在電容式耦合，所以施加到TX節(jié)點(diǎn)226的 TX信號(hào)在RX節(jié)點(diǎn)227上感應(yīng)出相應(yīng)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，RX節(jié)點(diǎn)227可以是許多可以 使用多路轉(zhuǎn)接機(jī)113進(jìn)行選擇的接收電極之一。例如，參考圖1B，RX節(jié)點(diǎn)227可以是電極 矩陣125中的一個(gè)接收電極，如接收電極123。RX節(jié)點(diǎn)227通過(guò)寄生電容CPK 224與地進(jìn)行 電容式耦合。圖2B給出一些電壓和電流波形，用于描述電容傳感電路的一個(gè)實(shí)施例的工作方 式，該電路例如為電容傳感電路200。參考圖2B，TX信號(hào)波形261對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)213上的信 號(hào)，該信號(hào)通過(guò)多路轉(zhuǎn)接機(jī)112應(yīng)用到TX節(jié)點(diǎn)226。感應(yīng)電流波形262描述了由TX信號(hào) 261在RX節(jié)點(diǎn)227上感應(yīng)的電流，這一感應(yīng)電流的生成是由于TX節(jié)點(diǎn)226和RX節(jié)點(diǎn)227 之間存在電容式耦合。該感應(yīng)電流262被應(yīng)用到解調(diào)電路116的輸入端。解調(diào)電路116使用開(kāi)關(guān)231和 232及模擬緩沖器233對(duì)感應(yīng)電流262進(jìn)行整流。分別使用時(shí)鐘221和時(shí)鐘222，以非重疊方式操作開(kāi)關(guān)231和232。因此，在切換循環(huán)中的任何時(shí)刻，開(kāi)關(guān)231和232不會(huì)同時(shí)閉合。 當(dāng)開(kāi)關(guān)231閉合時(shí)，模擬緩沖器233通過(guò)多路轉(zhuǎn)接機(jī)113連接到RX節(jié)點(diǎn)227，并使RX節(jié)點(diǎn) 227上的電壓保持恒定。在一個(gè)實(shí)施例中，模擬緩沖器233是一個(gè)單位增益放大器。模擬緩 沖器233的輸入連接到節(jié)點(diǎn)234，運(yùn)算放大器241將其驅(qū)動(dòng)至VKEF。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)231閉合 時(shí)，模擬緩沖器233保持RX節(jié)點(diǎn)227上的電壓水平VKEF。由于開(kāi)關(guān)231和211都通過(guò)時(shí)鐘221信號(hào)進(jìn)行控制，所以開(kāi)關(guān)231閉合的時(shí)期等 同于TX節(jié)點(diǎn)226連接到Vcc的時(shí)期。在此時(shí)期內(nèi)，由于TX信號(hào)電壓從地上升到Vcc，所以電 流流出RX節(jié)點(diǎn)227。由于開(kāi)關(guān)232和212都受控于時(shí)鐘222信號(hào)，所以在TX節(jié)點(diǎn)226接地期間，開(kāi)關(guān) 232閉合。此時(shí)，由于TX節(jié)點(diǎn)226上的電壓降低，所以電流流入RX節(jié)點(diǎn)227。當(dāng)開(kāi)關(guān)232閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)231打開(kāi)且模擬緩沖器233從RX節(jié)點(diǎn)227斷開(kāi)。在此時(shí) 期內(nèi)，RX節(jié)點(diǎn)227通過(guò)多路轉(zhuǎn)接機(jī)113連接節(jié)點(diǎn)234。由于在此時(shí)間內(nèi)，電流流入RX節(jié)點(diǎn) 227，所以電流通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)232流出節(jié)點(diǎn)234。因此，解調(diào)電路相當(dāng)于感應(yīng)電流262中負(fù)電流峰值的半波整流器。參考圖2B，經(jīng)整 流的電流263相當(dāng)于節(jié)點(diǎn)234上整流的信號(hào)。經(jīng)整流的電流263應(yīng)用于電流編碼轉(zhuǎn)換器117的輸入。電流編碼轉(zhuǎn)換器117接收 一個(gè)電流作為輸入，并輸出與該輸入電流相對(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼。因此，轉(zhuǎn)換器117將經(jīng)整流的 電流263轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，該編碼和經(jīng)整流的電流263 —樣，取決于TX節(jié)點(diǎn)226和RX節(jié)點(diǎn) 227之間的電容。然后，計(jì)算機(jī)或其它電路處理與這一測(cè)量電容相對(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼。電流編碼轉(zhuǎn)換器117，使用跨阻放大器(TIA) 240和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 242，將 經(jīng)整流的電流263轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。TIA 240將電流263轉(zhuǎn)換成電壓，ADC 242將電壓轉(zhuǎn)換 成數(shù)字編碼。電流263流入的節(jié)點(diǎn)234，連接到運(yùn)算放大器241的一個(gè)反相輸入，使其輸出 通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)243連接到反相輸入。運(yùn)算放大器241將其輸出驅(qū)動(dòng)至特定電壓水平，使其 反相輸入端的電壓大體等于施加至其同相輸入端的電壓VKEF。此TIA輸出電壓水平264被 ADC 242轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。當(dāng)電容式傳感器上接收到輸入時(shí)，TX節(jié)點(diǎn)226和RX節(jié)點(diǎn)227之間的電容發(fā)生變 化。例如，節(jié)點(diǎn)226和227可以是電極矩陣125中的電極。手指觸摸節(jié)點(diǎn)226和227附近， 可將TX節(jié)點(diǎn)226上的TX信號(hào)261產(chǎn)生的部分電場(chǎng)轉(zhuǎn)移到地。因此，手指觸摸的效果是降 低TX和RX節(jié)點(diǎn)(226和227)之間的電容。向TX節(jié)點(diǎn)226和RX節(jié)點(diǎn)227之間的互電容Cm 225并聯(lián)電容器Cf 230，可以模擬 由于電容式傳感器上的輸入所導(dǎo)致的電容變化。由于輸入的出現(xiàn)降低了 TX節(jié)點(diǎn)226和RX 節(jié)點(diǎn)227之間的電容，所以Cf 230為負(fù)值。在物理上，Cf的負(fù)值表示，觸摸時(shí)部分電場(chǎng)轉(zhuǎn)移 到地導(dǎo)致累積互電容降低。當(dāng)導(dǎo)電物體(如手指)接近TX節(jié)點(diǎn)226和RX節(jié)點(diǎn)227時(shí)，這些節(jié)點(diǎn)226和227 之間的電容降低，這意味著節(jié)點(diǎn)226和227之間的耦合電容降低。因此，由TX信號(hào)261在 RX節(jié)點(diǎn)227上感應(yīng)的電流大小降低。如上所述，TIA 240對(duì)降低后的感應(yīng)電流波形進(jìn)行整 流，并將它轉(zhuǎn)換成電壓。所得電壓中的下降幅度可轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼，并作為輸入進(jìn)行檢測(cè)。由于輸入所導(dǎo)致的電容變化CF相對(duì)于基準(zhǔn)電容(來(lái)自于Cm 225和寄生電容 CPT223和CPK224)可能很小。因此，由于輸入所導(dǎo)致的相應(yīng)電壓降低同樣可能較小。例如，在
10沒(méi)有輸入時(shí)測(cè)得節(jié)點(diǎn)226和227之間的基準(zhǔn)電容可能在3. OpF數(shù)量級(jí)。一個(gè)靠近節(jié)點(diǎn)226 和227的物體可能僅使電容降低幾個(gè)百分點(diǎn)，降低至2. 9pF。由于電容變化Cf相對(duì)于基準(zhǔn)電容很小，所以由于輸入所導(dǎo)致的電壓降低與電容式 傳感器電極上沒(méi)有輸入時(shí)產(chǎn)生的基準(zhǔn)備電壓相比一樣很小。因此，當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換為能分辨有 限級(jí)別的數(shù)字編碼時(shí)，這些級(jí)別中僅有很少一部分對(duì)應(yīng)于由輸入所導(dǎo)致的電壓變化的動(dòng)態(tài) 范圍。使用補(bǔ)償電路可消除基準(zhǔn)電容的這一影響，該補(bǔ)償電路向解調(diào)電路116的整流電 流輸出中添加一補(bǔ)償電流。該補(bǔ)償電流可用于消除整流電流中由于基準(zhǔn)電容所導(dǎo)致的部分 電流。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償電路包括用于為節(jié)點(diǎn)234提供補(bǔ)償電流的電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換器(IDAC)228。在一個(gè)實(shí)施例中，IDAC 228是可編程的IDAC，可從一系列可用電流水平 中為其選擇輸出補(bǔ)償電流。在一個(gè)實(shí)施例中，一開(kāi)關(guān)電容器可用于供應(yīng)補(bǔ)償電流。例如，該開(kāi)關(guān)電容器的負(fù)電 極可連接地，而正電極交替在電壓源和節(jié)點(diǎn)234之間切換。然后，調(diào)整切換頻率以控制補(bǔ)償 電流的水平。當(dāng)電容式傳感器上沒(méi)有輸入時(shí)，傳感器的基準(zhǔn)電容產(chǎn)生流出節(jié)點(diǎn)234的基準(zhǔn)整流 電流。通過(guò)添加補(bǔ)償電流的水平，IDAC 228取消基準(zhǔn)電容的影響，使流入或流出節(jié)點(diǎn)234的 凈電流量降至最低。當(dāng)導(dǎo)電物體接近TX和RX節(jié)點(diǎn)226和227時(shí)，使用IDAC 228可將補(bǔ)償電流添加到 由此產(chǎn)生的整流電流，以產(chǎn)生以過(guò)補(bǔ)償?shù)碾娏鞑ㄐ巍＝?jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)碾娏鞑ㄐ螒?yīng)用到TIA 240 的輸入。由于基準(zhǔn)電容的影響被降至最低，所以由輸入所導(dǎo)致的電容變化Cf可導(dǎo)致TIA 240輸出電壓產(chǎn)生較大降低。因此，補(bǔ)償電路改善了 ADC 242動(dòng)態(tài)范圍的利用。在一項(xiàng)實(shí)施例中，在將經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾娏鞑ㄐ螒?yīng)用到ADC 242的輸入端之前，TIA 240 使用反饋網(wǎng)絡(luò)243過(guò)濾補(bǔ)償電流波形，以減少電壓輸出的波動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，反饋網(wǎng)絡(luò) 243可以是一個(gè)包括反饋電阻器Rfb和反饋電容器Cfb的RC網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)實(shí)施例中，解調(diào)開(kāi)關(guān)231和232之前，補(bǔ)償信號(hào)源可直接連接到多路轉(zhuǎn)接機(jī) 113的輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，矩陣125中的每對(duì)發(fā)射和接收電極都執(zhí)行上述檢測(cè)和補(bǔ)償過(guò)程。圖3說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在電容傳感器電路300中進(jìn)行基準(zhǔn)電容補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程，該 電容傳感電路300對(duì)流出RX節(jié)點(diǎn)227的感應(yīng)電流波形進(jìn)行全波整流。電容傳感電路300 包括IDAC 301和302、整流開(kāi)關(guān)303和304、復(fù)位開(kāi)關(guān)306和307、積分電容器301和311、 差分放大器308和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 309。電容傳感電路300執(zhí)行的全波整流提高了電路300抗低頻噪聲的能力，該低頻噪 聲例如為交流電(AC)源線或主電壓所產(chǎn)生的噪聲。例如，下一個(gè)階段積累的相反電荷平衡 了上一個(gè)階段60Hz交流電(AC)主電壓變化導(dǎo)致的傳感器電極中積累的寄生電荷。在電容式傳感電路300中，通過(guò)操作開(kāi)關(guān)303和304對(duì)流出RX節(jié)點(diǎn)227的感應(yīng)電 流進(jìn)行整流。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)303和212受控于第一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，而開(kāi)關(guān)304和211受控于不與第一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)重疊的第二個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。因此，開(kāi)關(guān)303和304以非重疊方式 運(yùn)行，對(duì)流出節(jié)點(diǎn)227的感應(yīng)電流的正負(fù)部分均進(jìn)行整流。例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)304閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)303打開(kāi)且開(kāi)關(guān)211關(guān)閉。開(kāi)關(guān)211將TX節(jié)點(diǎn)226 連接VDD。由于節(jié)點(diǎn)226和227之間的電容式耦合，所以TX節(jié)點(diǎn)226上的電壓上升導(dǎo)致電 流流出RX節(jié)點(diǎn)227。流出RX節(jié)點(diǎn)227的感應(yīng)電流通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)304供應(yīng)到與差分放大器 308同相輸入端相連接的節(jié)點(diǎn)。閉合開(kāi)關(guān)303時(shí)，開(kāi)關(guān)304打開(kāi)且開(kāi)關(guān)212閉合。開(kāi)關(guān)211將TX節(jié)點(diǎn)226連接 地。由于節(jié)點(diǎn)226和227之間的電容式耦合，所以TX節(jié)點(diǎn)226上電壓的降低導(dǎo)致電流流入 RX節(jié)點(diǎn)227。流入RX節(jié)點(diǎn)227的感應(yīng)電流通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)303流出與差分放大器308反相 輸入端相連接的節(jié)點(diǎn)。因此，第一個(gè)整流電流Iki 312流入差分放大器308的同相輸入節(jié)點(diǎn)，第二個(gè)整流 電流Ik2 313流出差分放大器308的反相輸入節(jié)點(diǎn)。IDAC 302和301提供補(bǔ)償電流，該電 流的大小使得在沒(méi)有輸入時(shí)流入或流出這些節(jié)點(diǎn)的電流量降至最低。具體地，IDAC 301提 供流入反相輸入節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償電流，以消除流出該節(jié)點(diǎn)的電流Ik2 313。IDAC 302使補(bǔ)償電流 流出同相輸入節(jié)點(diǎn)，以消除流入該節(jié)點(diǎn)的電流Ik2 312。差分放大器308和積分電容器310和311作為差分積分器一起運(yùn)行。積分電容器 310和311用于集成流入或流出差分放大器308的節(jié)點(diǎn)的電流凈流量產(chǎn)生的電荷，允許整個(gè) 集成期內(nèi)差分放大器308的各輸入之間產(chǎn)生潛在的差異。根據(jù)此潛在的差異，差分放大器 308輸出電壓到將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼的ADC 309。準(zhǔn)備下一下集成期時(shí)，可關(guān)閉復(fù)位開(kāi)關(guān) 306和307以使電容器311和310放電。圖4闡述了，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，執(zhí)行流出RX節(jié)點(diǎn)227的感應(yīng)電流波形的全波整流 的電容式傳感電路400中基準(zhǔn)電容的補(bǔ)償。電容式傳感電路400包括差分放大器420。差 分放大器420包括運(yùn)算放大器408和409及儀表放大器(INA) 410。運(yùn)算放大器408和409 分別連接到反饋網(wǎng)絡(luò)403和404。IDAC 401和402的補(bǔ)償電流提供給差分放大器420的輸 入節(jié)點(diǎn)。在電容式傳感電路400中，如前面圖3所述，開(kāi)關(guān)303和304的運(yùn)行整流流出RX節(jié) 點(diǎn)227的感應(yīng)電流。因此，第一個(gè)整流電流Iki 412流入運(yùn)算放大器409的反相輸入節(jié)點(diǎn)， 第二個(gè)整流電流Ik2 413流出運(yùn)算放大器408的反相輸入節(jié)點(diǎn)。當(dāng)沒(méi)有輸入時(shí)，IDAC 402 和401在優(yōu)化流入及流出這些節(jié)點(diǎn)的電流流量水平提供補(bǔ)償電流。具體地，IDAC 401提供 流入運(yùn)算放大器408的反相輸入節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償電流以消除流出節(jié)點(diǎn)的電流Ik2 413。IDAC402 使補(bǔ)償電流流出運(yùn)算放大器409的反相輸入節(jié)點(diǎn)以消除流入節(jié)點(diǎn)的電流Iki 412。差分放大器420的運(yùn)算放大器408和409使其輸出達(dá)到充足的電壓水平以保持其 反相輸入接近應(yīng)用于運(yùn)算放大器408和409的非相輸入的參考電SVKEF。對(duì)運(yùn)算放大器408 和409的輸出電壓進(jìn)行濾波，以減少其電壓波動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，濾波由反饋網(wǎng)絡(luò)403和 404完成，該網(wǎng)絡(luò)可以包括反饋電容器Cfbi和Cfb2以及反饋電阻器Rfbi和RFB2。運(yùn)算放大器408和409的輸出電壓可施加到測(cè)量放大器(INA) 410的反相和同相 輸入端。INA 410根據(jù)這些電壓產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓，ADC 411將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼。圖5說(shuō)明一個(gè)補(bǔ)償電路500的一個(gè)實(shí)施例，用于利用單個(gè)IDAC 507生成補(bǔ)償電 流。補(bǔ)償電路500包括電流反射鏡501和502以及IDAC 507。
IDAC 507為電流反射鏡502提供了參照電流Ikef 503。電流反射鏡502反射電流 Ieef 503并生成電流Im 504和Ida。_506，它們大約等于Ikef 503。電流反射鏡501進(jìn)一步反 射電流IM，生成電流Idac+505，它大約等于IM。電流Idac+505和IDAC_506可用作一個(gè)電容傳感 電路(如電容式傳感電路300或400)的補(bǔ)償電流，該電路具有全波整流功能。圖6是一個(gè)流程圖，描述了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，感測(cè)電容式傳感器電容的過(guò)程。例 如，電容傳感過(guò)程600可由電容傳感電路200、300和400執(zhí)行。在方框602中，可生成一個(gè)發(fā)射信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該發(fā)射信號(hào)可以類似于TX 信號(hào)261，該信號(hào)的生成過(guò)程是將向其施加發(fā)射信號(hào)的節(jié)點(diǎn)交替連接到電壓源Vrc和地。在方框604中，該發(fā)射信號(hào)可應(yīng)用于發(fā)射電極，以在與該發(fā)射電極進(jìn)行電容式耦 合的接收電極產(chǎn)生感應(yīng)電流。例如，在電容傳感電路200中，TX信號(hào)261可應(yīng)用于TX節(jié)點(diǎn) 226，以感應(yīng)出流入或流出RX節(jié)點(diǎn)227的電流。所生成的感應(yīng)電流波形可包括正負(fù)峰值，分 別對(duì)應(yīng)于流入和流出接收電極的電流。在方框606中，可對(duì)感應(yīng)電流波形進(jìn)行整流。在一個(gè)實(shí)施例中，將用于生成該發(fā)射 信號(hào)的切換過(guò)程同步操作一些開(kāi)關(guān)(如開(kāi)關(guān)231和232)，即可執(zhí)行整流。在一個(gè)實(shí)施例中， 使用半波整流器(如電容傳感電路200中的解調(diào)電路116)可對(duì)感應(yīng)電流波形進(jìn)行整流?；?者，該整流可以是如電容傳感電路300或400中執(zhí)行的全波整流。在方框608中，可將補(bǔ)償電流添加到整流后的電流。例如，在電容傳感電路200中， IDAC 228將補(bǔ)償電流添加到流出節(jié)點(diǎn)234的經(jīng)過(guò)整流的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償電流 的大小大約等于基準(zhǔn)整流電流的大小。IDAC228向點(diǎn)234提供補(bǔ)償電流，以補(bǔ)償流出節(jié)點(diǎn) 234的基準(zhǔn)整流電流。在方框610中，經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾娏鞑ㄐ慰赊D(zhuǎn)換為輸出電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，由跨阻放 大器(TIA)執(zhí)行此轉(zhuǎn)換。例如，在電容傳感電路200中，由TIA 240將該以過(guò)補(bǔ)償?shù)碾娏鞑?形轉(zhuǎn)換成電壓。此外，該轉(zhuǎn)換可以由差分積分器執(zhí)行，如電容式傳感電路300的差分積分 器，它包括差分放大器308以及電容器310和311，或者由差分放大器執(zhí)行，如電容式傳感電 路400的差分放大器420。在方框612中，可對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波，以減少輸出電壓的波動(dòng)。如果用于生成該 輸出電壓的電流是由一個(gè)包含脈沖串的發(fā)射信號(hào)感應(yīng)生成，則該輸出電壓波動(dòng)明顯。例如， TX信號(hào)261被應(yīng)用于發(fā)射電極時(shí)，會(huì)產(chǎn)生具有相應(yīng)周期脈沖的經(jīng)整流電流263。如果不經(jīng)濾 波直接轉(zhuǎn)換為電壓，此整流電流會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)明顯的輸出電壓。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可以 由一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)完成該濾波過(guò)程，例如連接到運(yùn)算放大器241輸出端的反饋網(wǎng)絡(luò)243。在另 一個(gè)實(shí)施例中，該濾波可由積分電容器完成，如電容傳感電路300的Cinti 311和Cint2 310， 或電容傳感電路400的反饋網(wǎng)絡(luò)403和404。這一濾波過(guò)程會(huì)減少由該整流電流所生成輸 出電壓中的波動(dòng)。例如，TIA輸出264是TIA 240的輸出，其電壓波動(dòng)明顯小于未經(jīng)濾波所 產(chǎn)生的電壓。在方框614中，可將經(jīng)過(guò)濾波的輸出電壓可轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼。在一個(gè)實(shí)施例中，輸 出電壓向數(shù)字編碼的可由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)執(zhí)行，如電容傳感電路200的ADC 242、電 容傳感電路300的ADC 309或電容傳感電路400的ADC 411。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出比特流 中置位比特的密度可代表輸出電壓。或者，可以使用二進(jìn)制編碼代表輸出電壓的水平。可 以使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它電路處理該數(shù)字編碼。
在一個(gè)實(shí)施例中，在電容式傳感電路的運(yùn)行期間，可連續(xù)執(zhí)行方框602-614中所 代表的操作，以便連續(xù)跟蹤電容式傳感器的輸入。例如，如果電容式傳感器是電極矩陣，如 電極矩陣125，電容傳感電路可跟蹤一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生輸入的手指位置。在另一個(gè)實(shí)施例中， 可定期執(zhí)行電容傳感過(guò)程600的操作。圖7A給出一個(gè)校準(zhǔn)電路的實(shí)施例框圖，該電路用于對(duì)補(bǔ)償電路進(jìn)行校準(zhǔn)。該校準(zhǔn) 電路和補(bǔ)償電路可用于電容式傳感電路，如電容式傳感電路200、300或者400。校準(zhǔn)電路 700可用于設(shè)置適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電流，由IDAC 702所代表的補(bǔ)償電路輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，校 準(zhǔn)電路700確定一個(gè)補(bǔ)償電流，其大約等于由解調(diào)電路116輸出的基準(zhǔn)整流電流。當(dāng)電容 式傳感器上沒(méi)有輸入時(shí)，基準(zhǔn)整流電流是解調(diào)電路116輸出的整流電流。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)沒(méi)有輸入時(shí)，校準(zhǔn)電路700可以校準(zhǔn)IDAC 702，以便校準(zhǔn)電路 700可檢測(cè)基準(zhǔn)整流電流。例如，如果在用戶界面設(shè)備中同時(shí)使用校準(zhǔn)電路700、電容式傳 感電路和電容式傳感器，當(dāng)指示用戶不要觸摸電容式傳感器時(shí)，或當(dāng)不希望出現(xiàn)電容式傳 感器的輸入時(shí)，可執(zhí)行校準(zhǔn)過(guò)程。此時(shí)，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，解調(diào)電路對(duì)來(lái)自接收電極的基準(zhǔn) 感應(yīng)電流波形進(jìn)行整流，以生成基準(zhǔn)整流電流。電流編碼(電流至編碼)轉(zhuǎn)換器117將基 準(zhǔn)整流電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼并發(fā)射到校準(zhǔn)電路700。然后，校準(zhǔn)電路700處理數(shù)字編碼。例如，校準(zhǔn)電路700接收的數(shù)字編碼可以包括 一系列數(shù)字編碼的電壓電平，校準(zhǔn)電路可計(jì)算不同時(shí)間的平均值。校準(zhǔn)電路700也可以對(duì) 數(shù)字編碼執(zhí)行其它操作，如增加或減少偏移量，或?yàn)V波。根據(jù)處理的數(shù)字編碼，校準(zhǔn)電路決定IDAC 702要輸出的補(bǔ)償電路水平，并將代表 此水平的值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器701中。在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)電路700在存儲(chǔ)器701中存儲(chǔ)一 個(gè)補(bǔ)償電流水平，其大約等于校準(zhǔn)過(guò)程中所檢測(cè)到的基準(zhǔn)整流電流平均值。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)IDAC 702輸出補(bǔ)償電流時(shí)，由于補(bǔ)償電流水平取決于經(jīng)驗(yàn)決 定的基線整流電流，補(bǔ)償電流更可能準(zhǔn)確地消除基準(zhǔn)整流電流。電容式傳感電路的正常運(yùn)行期間(即電容式傳感電路正檢測(cè)電容式傳感器上的 輸入)，校準(zhǔn)電路700可訪問(wèn)存儲(chǔ)器701，以確定IDAC 702輸出的補(bǔ)償電流水平。校準(zhǔn)電路 控制IDAC 702，使IDAC 702輸出此水平的補(bǔ)償電流。在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)電路700和IDAC 702所代表的補(bǔ)償電路，可以實(shí)施于一個(gè) 測(cè)量許多傳感器元件電容值的電容式傳感電路中。例如，可以配置電容式傳感電路，以測(cè)量 電極矩陣(如矩陣125)中每對(duì)發(fā)射和接收電極之間的電容。對(duì)于這樣的實(shí)施例，校準(zhǔn)電路 可針對(duì)每個(gè)可能的發(fā)射和接收電極對(duì)執(zhí)行校準(zhǔn)過(guò)程。例如，如果電極矩陣包括20個(gè)發(fā)射電 極和30個(gè)接收電極，校準(zhǔn)過(guò)程將執(zhí)行20X30次，或600次。因此，對(duì)于每個(gè)可能的發(fā)射和 接收電極對(duì)執(zhí)行一次校準(zhǔn)過(guò)程。由此產(chǎn)生的600個(gè)補(bǔ)償電流水平存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器701中。電 容式傳感電路正常運(yùn)行期間，可以從存儲(chǔ)器中提取特定發(fā)射和接收電極對(duì)相關(guān)的補(bǔ)償電流 水平，并用于消除在感測(cè)該特定電極對(duì)的電容時(shí)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)整流電流。圖7B是一個(gè)流程圖，闡述了用于校準(zhǔn)電容式傳感電路中所用補(bǔ)償電路的過(guò)程。校 準(zhǔn)過(guò)程750的操作可由校準(zhǔn)電路700執(zhí)行。該校準(zhǔn)過(guò)程可開(kāi)始于方框752，并在方框754中繼續(xù)。在方框754中，最初的發(fā)射 和接收電極對(duì)可連接到電容式傳感電路。例如，在電容式傳感電路101中，多路轉(zhuǎn)接機(jī)控制 器111可用于控制多路轉(zhuǎn)接機(jī)112，以將最初發(fā)射電極連接到信號(hào)生成器115，并控制多路
14轉(zhuǎn)接機(jī)113，以將最初接收電極連接到解調(diào)電路116。在方框756中，用作補(bǔ)償電路的IDAC可設(shè)置成起始值。在一個(gè)實(shí)施例中，IDAC是 一個(gè)可編程IDAC，通過(guò)在該IDAC的寄存器中存儲(chǔ)一數(shù)字值，即可為其設(shè)定輸出電流。在一 個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償電路可使用電流源(如開(kāi)關(guān)電容器)，其中可調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率以設(shè)定電流輸
出ο在方框758中，IDAC可用于根據(jù)其當(dāng)前設(shè)定值，向基準(zhǔn)整流電流增加一電流。例 如，在電容式傳感電路200中，IDAC 228向節(jié)點(diǎn)234提供補(bǔ)償電流。由于基準(zhǔn)整流電流流 出節(jié)點(diǎn)234，所以IDAC 228提供的補(bǔ)償電流被添加到基準(zhǔn)整流電流。例如，基準(zhǔn)整流電流可 流出節(jié)點(diǎn)234，且補(bǔ)償電流可提供到節(jié)點(diǎn)234，減少節(jié)點(diǎn)234輸出的凈電流。在方框760中，校準(zhǔn)電路可測(cè)量經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)碾娏?，該電流是將IDAC輸出的電流增 加到基準(zhǔn)整流電流之后所生成。在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)電路接收代表經(jīng)補(bǔ)償電流水平的數(shù) 字編碼。例如，電流編碼轉(zhuǎn)換器117可將經(jīng)補(bǔ)償電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼，發(fā)射到校準(zhǔn)電路700。在判斷方框762中，校準(zhǔn)電路可決定是否已經(jīng)利用當(dāng)前選擇的IDAC電流值將經(jīng)補(bǔ) 償電流最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)電路(如校準(zhǔn)電路700)將代表經(jīng)補(bǔ)償電流的數(shù)字編 碼值與一個(gè)閾值進(jìn)行對(duì)比，以確定經(jīng)補(bǔ)償電流是否充分最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，該閾值表 示在任何方向中可接受的最大電流流量。如果經(jīng)補(bǔ)償電流流量小于此閾值，則校準(zhǔn)電路進(jìn) 入方框764。否則，校準(zhǔn)電路進(jìn)入方框768。在方框768中，可調(diào)整IDAC值。在一個(gè)實(shí)施例中，此調(diào)整對(duì)應(yīng)于降低IDAC輸出的 電流水平?；蛘?，此調(diào)整可導(dǎo)致IDAC輸出電流增加。方框768中的IDAC電流是增加是降 低，取決于方框756或方框764上設(shè)置的IDAC電流值是高于還是低于預(yù)期的最終補(bǔ)償電 流。在一個(gè)實(shí)施例中，使用線性搜索算法，其中，IDAC設(shè)置為高初始值且逐步減少到目標(biāo)值。 此外，也可使用其它搜索算法，如逐次近似算法。根據(jù)正在使用的搜索算法設(shè)置IDAC值，且 使用新IDAC設(shè)置繼續(xù)此過(guò)程直到方框758。因此，方框768、758、760和762可重復(fù)此過(guò)程，直到IDAC值使經(jīng)補(bǔ)償電流降至足 夠低。當(dāng)IDAC值使經(jīng)補(bǔ)償電流降至足夠你時(shí)，該過(guò)程根據(jù)方框762的判斷，前進(jìn)至方框764。在方框764中，將足以使經(jīng)補(bǔ)償電流最小化的IDAC值存儲(chǔ)于本校準(zhǔn)電路的存儲(chǔ)器 中。例如，IDAC值可作為數(shù)字值存儲(chǔ)于校準(zhǔn)電路700的存儲(chǔ)器701中。在判斷方框766中，校準(zhǔn)電路可判斷是否已經(jīng)為所有發(fā)射和接收電極對(duì)確定了 IDAC值。如果還沒(méi)有處理所有電極對(duì)，則該過(guò)程在方框770處繼續(xù)。在方框770中，校準(zhǔn)電路可將下一對(duì)發(fā)射和接收電極連接到電容式傳感電路。然 后在方框756處繼續(xù)此過(guò)程。因此，可以重復(fù)方框770、756、758、760、762、768、764和766，直到為每對(duì)發(fā)射和接
收電極確定了能夠使經(jīng)補(bǔ)償電流降至最低的IDAC值。當(dāng)已經(jīng)為每對(duì)發(fā)射和接收電極確定了 IDAC值時(shí)，校準(zhǔn)過(guò)程750根據(jù)判斷方框766 繼續(xù)前進(jìn)至方框780。在方框780中，過(guò)程750結(jié)束。當(dāng)校準(zhǔn)過(guò)程750完成時(shí)，已經(jīng)為每對(duì)發(fā)射和接收電極確定了補(bǔ)償電流。在一個(gè)實(shí) 施例中，這些補(bǔ)償電流值存儲(chǔ)于校準(zhǔn)電路700的存儲(chǔ)器701中。電容式傳感電路正常運(yùn)行 時(shí)，當(dāng)選擇了特定發(fā)射和接收電極對(duì)時(shí)，可從存儲(chǔ)器701中找回該電極對(duì)相關(guān)的補(bǔ)償電流， 并用于設(shè)置補(bǔ)償電路的輸出電流。因此，校準(zhǔn)電路和補(bǔ)償電流水平可補(bǔ)償不同發(fā)射和接收電極對(duì)之間的互電容和寄生電容的差異。本文里所述的實(shí)施例包括一種電容傳感電路，其通過(guò)將一發(fā)射信號(hào)施加到發(fā)射電 極以在接收電極產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)發(fā)射和接收電極之間的電容。電容傳感電路的實(shí)施例 還對(duì)發(fā)射電極和接收電極之間的基準(zhǔn)電容進(jìn)行補(bǔ)償，以優(yōu)化該電容傳感電路的動(dòng)態(tài)范圍利用。本文所述的實(shí)施例可擁有保留開(kāi)關(guān)電容器方法所有優(yōu)點(diǎn)(特別是抗RF/EMI噪聲 信號(hào)干擾的出色能力)的優(yōu)勢(shì)，從硬件和軟件角度來(lái)看，本文所述實(shí)施例可以很容易地實(shí) 施于現(xiàn)有設(shè)備和未來(lái)設(shè)備中。本文所述的本發(fā)明實(shí)施例包括各種操作。這些操作可通過(guò)硬件部件、軟件、固件或 其組合執(zhí)行。本文所用的術(shù)語(yǔ)“耦合”可表示通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間部件直接或間接耦合。本 文所述通過(guò)各種總線中提供的任何信號(hào)可以與其它信號(hào)一起分時(shí)復(fù)用，并通過(guò)一個(gè)或多個(gè) 公用總線提供。此外，電路部件或方框之間的相互連接可顯示為總線或單個(gè)信號(hào)線。或者， 各總線可以是一個(gè)或更多單獨(dú)信號(hào)線，或者各單獨(dú)信號(hào)線可以是總線。某些實(shí)施例可作為實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其可以包括存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)中的 指令。這些指令可用于編程通用或?qū)Ｓ锰幚砥?，以?zhí)行所述的操作。機(jī)器可讀介質(zhì)包括以機(jī) 器(如計(jì)算機(jī))可讀的方式(如軟件、處理應(yīng)用程序)存儲(chǔ)或發(fā)送信息的任何機(jī)制。機(jī)器 可讀介質(zhì)可以包括，但不限于，磁存儲(chǔ)介質(zhì)(如軟盤(pán))；光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(如CD-ROM)；磁-光 學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)；只讀存儲(chǔ)器(ROM)；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)；可擦寫(xiě)可編程存儲(chǔ)器(如EPROM 和EEPR0M)；閃存；電子、光學(xué)、聲學(xué)或其它形式的傳播信號(hào)(如載波、紅外線信號(hào)、數(shù)字信號(hào) 等)；或適合存儲(chǔ)指令的其它類型介質(zhì)。此外，一些實(shí)施例可以在分布式計(jì)算環(huán)境中執(zhí)行，其中不只一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ) 和/或執(zhí)行機(jī)器可讀介質(zhì)。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間傳輸?shù)男畔⒖梢栽谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)連接的通 信介質(zhì)之間使用。盡管這里按特定順序描述各種方法的操作，但各方法的操作順序可改變，以便以 相反順序執(zhí)行某些操作或以便至少部分操作與其它操作同時(shí)執(zhí)行。在另一個(gè)實(shí)施例中，可 以間歇地和/或交替執(zhí)行完全不同的操作的指令或子操作。在以上說(shuō)明中，已經(jīng)參考特定例示性實(shí)施例描述了本發(fā)明。但是，在不背離本發(fā)明 的精神和范圍的情況下，顯然可進(jìn)行各種修改和變化，本發(fā)明之精神和范圍如權(quán)利要求書(shū) 部分所列。因此，說(shuō)明和示意圖應(yīng)從描述意義而不是限制意義進(jìn)行理解。
權(quán)利要求
一種儀器，其包括電容式傳感器，包括發(fā)射電極和接收電極，其中，接收電極與發(fā)射電極進(jìn)行電容式耦合；信號(hào)生成器，與發(fā)射電極耦合且配置用于通過(guò)將發(fā)射信號(hào)應(yīng)用到發(fā)射電極，在接收電極上生成感應(yīng)電流波形；與接收電極相耦合的解調(diào)電路，其中該解調(diào)電路被配置用于根據(jù)感應(yīng)電流波形輸出經(jīng)整流電流；及與解調(diào)電路耦合的補(bǔ)償電路，其中，該補(bǔ)償電路被配置用于將補(bǔ)償電流添加到經(jīng)整流電流，以產(chǎn)生經(jīng)補(bǔ)償電流波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其中，該補(bǔ)償電流大約等于由于發(fā)射電極和接收電極 的基準(zhǔn)電容所引起的電流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其中，該補(bǔ)償電路包括可編程電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 (IDAC)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，還包括用于根據(jù)所測(cè)得的電容值調(diào)整補(bǔ)償電流的校準(zhǔn) 電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的儀器，還包括用于存儲(chǔ)補(bǔ)償電流值的存儲(chǔ)器，其中，該補(bǔ)償電 流值與發(fā)射電極和接收電極對(duì)相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儀器，其中，該校準(zhǔn)電路用于根據(jù)配對(duì)發(fā)射電極和接收電極 之間的測(cè)量電容決定補(bǔ)償電流值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其中，該電容式傳感器還包括多個(gè)發(fā)射電極和多個(gè)接 收電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，還包括用于根據(jù)經(jīng)補(bǔ)償電流波形生成輸出電壓的跨阻 放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，還包括用于減少經(jīng)補(bǔ)償電流波形中電壓波動(dòng)的濾波
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其中該解調(diào)電路包括與接收電極耦合的第一半波整流器，用于根據(jù)感應(yīng)電流波形的正波輸出正整流電流；及與接收電極耦合的第二半波整流器，且用于根據(jù)感應(yīng)電流波形的負(fù)波輸出負(fù)整流電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的儀器，其中該補(bǔ)償電路包括 一第一電流源，用于將補(bǔ)償電流添加到正整流電流；和 一第二電流源，用于將一第二補(bǔ)償電流添加到負(fù)整流電流。
12.一種方法，其包括將發(fā)射信號(hào)應(yīng)用于與接收電極具有電容式耦合的發(fā)射電極，使接收電極產(chǎn)生感應(yīng)電流 波形；整流感應(yīng)電流波形以產(chǎn)生整流電流；及將補(bǔ)償電流添加至該經(jīng)整流電流，以產(chǎn)生經(jīng)補(bǔ)償電流波形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，該補(bǔ)償電流大約等于發(fā)射電極和接收電極的基準(zhǔn)電容引起的電流量。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括根據(jù)所測(cè)得的電容值調(diào)整補(bǔ)償電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括存儲(chǔ)補(bǔ)償電流值，其中，該補(bǔ)償電流值與發(fā)射 電極和接收電極對(duì)相關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括根據(jù)發(fā)射電極和接收電極對(duì)之間測(cè)得的電容 決定補(bǔ)償電流值。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括根據(jù)經(jīng)補(bǔ)償電流波形產(chǎn)生輸出電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括減少經(jīng)補(bǔ)償電流波形的電壓波動(dòng)。
19.一種儀器，其包括根據(jù)電容式傳感器的電容值產(chǎn)生感應(yīng)電流波形的構(gòu)件； 根據(jù)該感應(yīng)電流波形產(chǎn)生以整流電流的構(gòu)件；和 通過(guò)將補(bǔ)償電流添加到經(jīng)整流電流產(chǎn)生經(jīng)補(bǔ)償電流波形的構(gòu)件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的儀器，其中，該補(bǔ)償電流大約等于電容式傳感器的基準(zhǔn)電 容引起的電流量。
全文摘要
一種電容式傳感器可能包括發(fā)射電極和與發(fā)射電極進(jìn)行電容式耦合的接收電極。電容式傳感電路通過(guò)將一信號(hào)應(yīng)用到發(fā)射電極并對(duì)接收電極上的感應(yīng)電流波形進(jìn)行整流，感測(cè)發(fā)射電極和接收電極之間的電容。一補(bǔ)償電路通過(guò)將一補(bǔ)償電流添加到以整流電流，減少發(fā)射和接收電極的互電容和寄生電容的影響。
文檔編號(hào)G01R27/26GK101896825SQ200880120802
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者安德理·馬哈瑞塔, 維克特·奎曼 申請(qǐng)人:賽普拉斯半導(dǎo)體公司