專利名稱：用于提高觸摸屏控制器的動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸屏系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及使用偏移取消元件以抵消寄生電容和傳感器電容并且提高電容式觸摸屏控制器的動(dòng)態(tài)范圍這一領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
觸摸屏系統(tǒng)是允許用戶通過(guò)觸摸顯示屏或者觸摸板來(lái)控制一個(gè)或者更多個(gè)設(shè)備的接口系統(tǒng)。這些系統(tǒng)感測(cè)用戶何時(shí)比如用單次觸摸、多次觸摸、擠壓、擦碰和其它類型的觸摸來(lái)觸摸屏幕。觸摸屏系統(tǒng)確定并解釋這些各種觸摸的位置和類型，從而它們可以準(zhǔn)確地響應(yīng)于觸摸所代表的用戶命令和輸入。有感測(cè)這些各種觸摸的許多不同方法(包括電容感測(cè)(自感測(cè)和互感測(cè))、電阻感測(cè)、聲/光波感測(cè)和振動(dòng)感測(cè))。兩類電容式感測(cè)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上通過(guò)使用一個(gè)或者更多個(gè)如下傳感器來(lái)工作，這些傳感器耦合到適于保持電荷的電容材料層。當(dāng)用戶觸摸屏幕時(shí)，它改變?cè)诮佑|點(diǎn)存儲(chǔ)于電容材料上的電荷量。電荷的這一改變將對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)中的傳感器測(cè)量的電容的改變。當(dāng)有多個(gè)傳感器時(shí)，它們可以用來(lái)確定觸摸的位置。電容式系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，傳感器測(cè)量的電容將不僅包括用戶觸摸屏幕所引起的電容，而且還包括各傳感器的傳感器電容以及其它寄生電容。另外，這一傳感器和寄生電容可以隨著傳感器和隨著觸摸屏面板而改變。結(jié)果，雖然示例觸摸事件僅向傳感器添加1 皮法拉的電容，但是用來(lái)測(cè)量電容的電荷傳送機(jī)制/積分器必須能夠處理數(shù)量大得多的如下電容，該電容代表傳感器電容和寄生電容加上觸摸電容。先前已經(jīng)通過(guò)選擇如下積分電容器來(lái)解決該問(wèn)題，該積分電容器大到足以不因從傳感器接收的總電容/電荷而飽和。然而使用大積分電容器不合期望地增加部件的成本和尺寸以及降低測(cè)量系統(tǒng)的增益和分辨率?，F(xiàn)有電容式系統(tǒng)的另一缺點(diǎn)在于，即使選擇足夠大的積分電容器以補(bǔ)償因傳感器電容和寄生電容而添加的初始電容，這些電容仍然可能隨著環(huán)境變化而改變。例如隨著濕度增加，空氣中添加的濕氣通常增加這些非所需電容，這可能引起先前足夠大的積分上限 (integration cap)不再能夠處理由于環(huán)境改變而增加的測(cè)量電容。在這樣的情況下，測(cè)量系統(tǒng)將不再能夠辨別傳感器何時(shí)被觸摸，并且觸摸屏系統(tǒng)在環(huán)境變得不那么潮濕之前將變得不可操作。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于增加觸摸屏系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置的實(shí)施例包括耦合到偏移取消元件和測(cè)量元件的觸摸屏。偏移取消元件被配置成動(dòng)態(tài)地改變電容，使得它抵消觸摸屏的傳感器的寄生電容和傳感器電容，由此僅留下將由測(cè)量元件測(cè)量的觸摸事件電容。偏移取消元件能夠適應(yīng)各傳感器的初始非所需電容以及動(dòng)態(tài)適應(yīng)由于環(huán)境引起的非所需電容的改變。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件是由控制器控制用于抵消非所需電容的電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。結(jié)果，觸摸屏系統(tǒng)能夠利用小積分電容器，由此降低系統(tǒng)的成本、減小系統(tǒng)尺寸并且提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。本發(fā)明的第一方面涉及一種電容到電壓轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器用于與具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器的電容式觸摸屏一起使用。該轉(zhuǎn)換器包括電容偏移取消元件，用于減輕寄生電容對(duì)由一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的影響；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，耦合到偏移取消元件，用于將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。該轉(zhuǎn)換器還包括控制器，耦合到偏移取消元件，用于基于數(shù)字信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏移取消元件對(duì)寄生電容的影響的減輕程度。在一些實(shí)施例中， 電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器還包括耦合于偏移取消元件與模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的測(cè)量元件。在一些實(shí)施例中，測(cè)量元件包括電容小于20皮法拉的積分電容器。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成零，從而未減輕寄生電容的影響。在一些實(shí)施例中，控制器從初始零值遞增偏移值直至數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成最大值，從而減輕寄生電容的基本上所有的影響。在一些實(shí)施例中，控制器從初始最大值遞減偏移值直至數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。在一些實(shí)施例中，控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)的值求平均以確定基線值。在一些實(shí)施例中，如果基線達(dá)到閾值，則控制器按照增量值調(diào)節(jié)偏移取消元件的偏移值，使得基線從閾值移開(kāi)。在一些實(shí)施例中，閾值是上閾值，并且偏移值按照增量值增加，從而基線降至上閾值以下。在一些實(shí)施例中，閾值是下閾值，并且偏移值按照增量值減少，從而基線升至下閾值以上。在一些實(shí)施例中，當(dāng)計(jì)算基線值時(shí)，控制器忽略在觸摸事件使數(shù)字信號(hào)的值驟然增加和/或下降的持續(xù)時(shí)間少于預(yù)定觸摸時(shí)段時(shí)的數(shù)字信號(hào)的值。在一些實(shí)施例中，控制器按照增量值調(diào)節(jié)數(shù)字信號(hào)的值。本發(fā)明的另一方面涉及一種觸摸屏系統(tǒng)。該觸摸屏系統(tǒng)包括電容式觸摸屏，該觸摸屏具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器；以及電容到電壓轉(zhuǎn)換器，包括電容偏移取消元件，用于減輕寄生電容對(duì)一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的影響；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 耦合到偏移取消元件用于將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。該系統(tǒng)還包括控制器，耦合到偏移取消元件用于基于數(shù)字信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏移取消元件對(duì)寄生電容的影響的減輕程度。在一些實(shí)施例中，電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該系統(tǒng)還包括耦合于偏移取消元件與模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的測(cè)量元件，其中測(cè)量元件包括電容小于20皮法拉的積分電容器。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成零，從而未減輕寄生電容的影響。在一些實(shí)施例中，控制器從初始零值遞增偏移值直至數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成最大值，從而減輕寄生電容的所有影響。在一些實(shí)施例中，控制器從初始最大值遞減偏移值直至數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。在一些實(shí)施例中，控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)的值求平均以確定基線值。在一些實(shí)施例中，如果基線達(dá)到閾值，則控制器按照增量值調(diào)節(jié)偏移取消元件的偏移值，使得基線從閾值移開(kāi)。在一些實(shí)施例中，閾值是上閾值，并且偏移值按照增量值增加，從而基線降至上閾值以下。在一些實(shí)施例中，閾值是下閾值，并且偏移值按照增量值減少，從而基線升至下閾值以上。在一些實(shí)施例中，當(dāng)計(jì)算基線值時(shí)，控制器忽略在觸摸事件使數(shù)字信號(hào)的值驟然增加和/或下降的持續(xù)時(shí)間少于預(yù)定觸摸時(shí)段時(shí)的數(shù)字信號(hào)的值。在一些實(shí)施例中，控制器按照增量值調(diào)節(jié)數(shù)字信號(hào)的值。本發(fā)明的又一方面涉及一種提高電容到電壓轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍的方法，該轉(zhuǎn)換器用于與具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器的觸摸屏一起使用。該方法包括用控制器確定在一定時(shí)段內(nèi)的平均數(shù)字輸出，其中平均數(shù)字輸出與轉(zhuǎn)換器的傳感器關(guān)聯(lián)；并且調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的偏移取消元件產(chǎn)生的偏移值直至轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出等于預(yù)定基線值。在一些實(shí)施例中， 電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施例中，該方法還包括初始地設(shè)置偏移值為零。在一些實(shí)施例中，該方法還包括從初始零值遞增偏移值直至數(shù)字輸出等于預(yù)定基線值。備選地，該方法還包括初始地設(shè)置偏移值為最大值。備選地，該方法還包括從初始最大值遞減偏移值直至數(shù)字輸出等于預(yù)定基線值。在一些實(shí)施例中，定期地、響應(yīng)于用戶命令和 /或在觸摸屏啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該方法還包括用第二測(cè)量元件確定在一定時(shí)段內(nèi)的第二平均數(shù)字輸出，其中第二平均數(shù)字輸出與轉(zhuǎn)換器的第二傳感器關(guān)聯(lián)；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的第二偏移取消元件產(chǎn)生的第二偏移值直至轉(zhuǎn)換器的第二數(shù)字輸出等于第二預(yù)定基線值；并且獲得在按照第一偏移值調(diào)節(jié)的第一數(shù)字輸出與按照第二偏移值調(diào)節(jié)的第二數(shù)字輸出之間的差分測(cè)量。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件充分準(zhǔn)確，從而該調(diào)節(jié)對(duì)于用戶為透明。本發(fā)明的另一方面涉及一種提高電容到電壓轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍的方法，該轉(zhuǎn)換器用于與具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器的觸摸屏一起使用。該方法包括對(duì)與轉(zhuǎn)換器的傳感器關(guān)聯(lián)的數(shù)字輸出求平均以便確定基線值；確定基線閾值；并且如果基線值達(dá)到基線閾值，則按照增量值動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的偏移取消元件的偏移值，使得基線值遠(yuǎn)離閾值。在一些實(shí)施例中，電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)偏移值使電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電容增加或者減少。在一些實(shí)施例中，基線閾值是轉(zhuǎn)換器的上閾值，并且動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)按照增量值增加偏移值，從而基線值降至上閾值以下。在一些實(shí)施例中，基線閾值是下閾值，并且動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)按照增量值減少偏移值，從而基線值升至下閾值以上。在一些實(shí)施例中， 數(shù)字輸出的求平均包括忽略在觸摸事件在少于預(yù)定觸摸時(shí)段的時(shí)間段中使數(shù)字輸出的值增加或者減少時(shí)的數(shù)字輸出的值。在一些實(shí)施例中，基于轉(zhuǎn)換器的測(cè)量元件的上限或者下限確定基線閾值。該方法還包括對(duì)與轉(zhuǎn)換器的第二傳感器關(guān)聯(lián)的第二數(shù)字輸出求平均以便確定第二基線值；確定第二基線閾值；如果第二基線值達(dá)到第二基線閾值，則按照第二增量值動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的第二偏移取消元件的第二偏移值，使得第二基線值設(shè)置成與第二閾值不同的值；并且獲得在按照第一偏移值調(diào)節(jié)的第一數(shù)字輸出與按照第二偏移值調(diào)節(jié)的第二數(shù)字輸出之間的差分測(cè)量。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件充分準(zhǔn)確，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)于用戶為透明。


圖IA圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的觸摸屏系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。圖IB圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的圖IA的觸摸屏系統(tǒng)的更具體示圖。圖2A圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的偏移取消元件的偏移取消電容器的電容器電路。圖2B圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的偏移取消元件的偏移取消電容器的電容器電路。圖3A圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的由控制邏輯從所選傳感器隨時(shí)間測(cè)量的電容的一個(gè)曲線圖。圖;3B圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的由控制邏輯從所選傳感器隨時(shí)間測(cè)量的電容的第二曲線圖。圖3C圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的由控制邏輯從所選傳感器隨時(shí)間測(cè)量的電容的第三曲線圖。圖4圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的針對(duì)初始背景電容校準(zhǔn)觸摸屏系統(tǒng)的方法的流程圖。圖5圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的針對(duì)對(duì)背景電容的環(huán)境改變動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)觸摸屏系統(tǒng)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及一種觸摸屏電容到電壓轉(zhuǎn)換器電路。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)觸摸屏電路的以下具體描述僅為示例而并非旨在于進(jìn)行任何限制。觸摸屏電路的其它實(shí)施例將容易讓它們本身為這樣受益于本公開(kāi)內(nèi)容的技術(shù)人員所想到?，F(xiàn)在將具體參照如附圖中所示觸摸屏電路的實(shí)施方式。相同標(biāo)號(hào)將在附圖和下文具體描述中通篇用來(lái)指代相同或者相似部分。為求簡(jiǎn)潔，并未示出和描述這里所述實(shí)施方式的所有例行特征。當(dāng)然將理解，在開(kāi)發(fā)任何這樣的實(shí)際實(shí)施方式時(shí)進(jìn)行諸多因?qū)嵤┓绞蕉惖臎Q策以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)(比如符合與應(yīng)用和業(yè)務(wù)有關(guān)的約束)，并且這些具體目標(biāo)將隨著實(shí)施方式和隨著開(kāi)發(fā)者而變化。另外將理解這樣的開(kāi)發(fā)工作可能復(fù)雜和耗時(shí)，但是對(duì)于受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將為進(jìn)行例行工程設(shè)計(jì)。在一些實(shí)施例中，用于提高觸摸屏系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置包括耦合到偏移取消元件和測(cè)量元件的觸摸屏。偏移取消元件被配置成動(dòng)態(tài)改變電容，使得它抵消觸摸屏的傳感器的寄生電容和傳感器電容，由此僅留下將由測(cè)量元件測(cè)量的觸摸事件電容。偏移取消元件能夠適應(yīng)各傳感器的初始非所需電容以及動(dòng)態(tài)適應(yīng)非所需電容由于環(huán)境引起的改變。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件是由控制器控制用于抵消非所需電容的電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。結(jié)果，觸摸屏系統(tǒng)能夠利用小積分電容器，由此降低系統(tǒng)成本、減小系統(tǒng)尺寸并且提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。應(yīng)理解到，雖然這里所述的系統(tǒng)、方法和裝置涉及觸摸屏系統(tǒng)，但是它同樣如本領(lǐng)域公知的那樣能夠作為其它電容響應(yīng)和電容測(cè)量系統(tǒng)中的電容到電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)操作。
圖1圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的觸摸屏系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化框圖。觸摸屏系統(tǒng)100包括觸摸屏102、多路復(fù)用器104、偏移取消元件106、測(cè)量元件108、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 110和控制邏輯112。備選地，觸摸屏系統(tǒng)100能夠包括更多或更少的上述元件或者本領(lǐng)域公知的附加元件。例如在一些實(shí)施例中能夠利用多個(gè)測(cè)量元件108和多路復(fù)用器104。在這樣的實(shí)施例中，多個(gè)多路復(fù)用器能夠耦合到觸摸屏102的多個(gè)傳感器(未示出)并且向多個(gè)測(cè)量元件有選擇地輸出來(lái)自所需傳感器的信號(hào)。另外，在一些實(shí)施例中，測(cè)量元件108、ADC 110、 控制邏輯112和偏移取消元件106能夠形成到單個(gè)集成微芯片(IC)上。備選地，一個(gè)或者更多個(gè)上述元件能夠在IC外部，并且/或者附加元件能夠并入于IC內(nèi)。觸摸屏102可操作地耦合到多路復(fù)用器104的輸入，從而觸摸屏102上的各傳感器(未示出)能夠耦合到多路復(fù)用器104的輸入。在一些實(shí)施例中，觸摸屏是具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器的電容觸摸屏。理解到這里所用術(shù)語(yǔ)觸摸屏指代觸摸板、觸摸面板、觸摸開(kāi)關(guān)或者用于感測(cè)觸摸的任何其它設(shè)備。多路復(fù)用器104可操作地耦合到測(cè)量元件108 的輸入和偏移取消元件106的輸出，從而多路復(fù)用器104能夠?qū)膫鞲衅髦唤邮盏男盘?hào)與偏移取消元件106的輸出一起有選擇地輸出到測(cè)量元件108。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件106是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。備選地，偏移取消元件106能夠是可以輸出各種電容、 電壓或者二者的器件和/或電路。測(cè)量元件108的輸出可操作地耦合到ADC 110的輸入。 因此，能夠?qū)⒏鶕?jù)與從偏移取消元件106接收的信號(hào)組合的從多路復(fù)用器104接收的信號(hào)來(lái)測(cè)量的電容/電壓作為模擬電壓傳送給ADC 110。在一些實(shí)施例中，測(cè)量元件是積分器。 備選地，測(cè)量元件108能夠是如本領(lǐng)域公知的那樣可以接收電容并且輸出與電容對(duì)應(yīng)的電壓的任何電路或者器件。ADC 110的輸出能夠是從系統(tǒng)100向?qū)⒂捎|摸屏系統(tǒng)100控制的設(shè)備(未示出)輸出的?？刂七壿?12可操作地耦合到多路復(fù)用器104、ADC 110、測(cè)量元件108和偏移取消元件106，從而它能夠控制系統(tǒng)100的操作。圖IB圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的觸摸屏系統(tǒng)100的更具體框圖。在一個(gè)實(shí)施例中， 觸摸屏系統(tǒng)100包括由在“重置階段”與“測(cè)量階段”之間切換的開(kāi)關(guān)SlA-SlE以及開(kāi)關(guān)S2A 和S2B形成的切換網(wǎng)絡(luò)。如圖IB中所示，在重置階段期間閉合的開(kāi)關(guān)標(biāo)記為“1”，而在測(cè)量階段期間閉合的開(kāi)關(guān)標(biāo)記為“2”。重置階段和測(cè)量階段分別由控制邏輯112輸出的“rst” 和“meas”信號(hào)啟動(dòng)。然而為求清晰，已省略在開(kāi)關(guān)與由控制器112輸出的rst和meas信號(hào)之間的連接。在一些實(shí)施例中，觸摸屏102包括一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器114，其中至少一個(gè)傳感器116由多路復(fù)用器104選擇以耦合到偏移取消元件106和測(cè)量元件108。如圖IB中所示，Cx是傳感器116的電容，Cx。ff是傳感器116的雜散偏移和/或寄生電容，而Ct。u。h是傳感器116中的由于觸摸觸摸屏102所致的電容改變。理解到傳感器114中的各傳感器將經(jīng)歷相似電容并且能夠替換所選傳感器116。也理解到雖然示出了僅四個(gè)傳感器114耦合到多路復(fù)用器104，但是設(shè)想到更多或更少的傳感器耦合到用于選擇所選傳感器116的任何數(shù)目的多路復(fù)用器。多路復(fù)用器104對(duì)傳感器116的選擇由從控制邏輯112向多路復(fù)用器 104發(fā)送的控制信號(hào)控制。在一些實(shí)施例中，測(cè)量元件108包括由開(kāi)關(guān)SlD和SlE有選擇地耦合到運(yùn)算放大器Al的積分電容器Cint。在一些實(shí)施例中，積分電容器Cint具有小于100皮法拉的電容并且優(yōu)選地在15皮法拉至25皮法拉的范圍中。在一些實(shí)施例中，積分電容器Cint具有20皮法拉的電容。備選地，積分電容器能夠具有更多或更少的電容。具體而言，在重置階段期間 (其中重置信號(hào)rst由邏輯控制112確立)，開(kāi)關(guān)SlA將放大器Al的反相輸入耦合到參考電壓Vref，并且開(kāi)關(guān)SlD斷開(kāi)而開(kāi)關(guān)SlE閉合，從而使積分電容器Cint充電至參考電壓Vref。 另外，在重置階段期間，開(kāi)關(guān)S2A閉合，由此將多路復(fù)用器104的輸出耦合接地。結(jié)果，將所選電容器116的電容Cx與雜散/寄生偏移電容Cx。ff (和/或由于觸摸事件而添加的電容 Ctouch) 一起放電至接地。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件106包括與運(yùn)算放大器Al的反相輸入耦合的偏移取消電容器c。ff。在一些實(shí)施例中，偏移取消電容器C。ff和積分電容器Cint的電容為所選單位電容器的倍數(shù)以在它們之間形成良好匹配。例如，如果所選單位電容器具有2皮法拉的電容，則C。ff和Cint可以分別具有60皮法拉和20皮法拉的值。通過(guò)激活將偏移取消電容器 Coff的第二端子接地的開(kāi)關(guān)S1C，偏移取消電容器c。ff能夠在重置階段期間充電至參考電壓 Vreft5因此，在穩(wěn)定時(shí)間之后的重置階段期間，觸摸屏系統(tǒng)中的電容條件使得積分電容器Cint 和偏移取消電容器c。ff充電至參考電壓VMf而傳感器電容Cx和偏移電容Cx。ff放電至接地。在重置階段之后，撤消重置信號(hào)rst而確立測(cè)量信號(hào)meas，由此開(kāi)始測(cè)量階段。一般通過(guò)保證由控制邏輯112生成的控制信號(hào)rst和meas無(wú)重疊來(lái)進(jìn)行在階段之間的這一切換。在測(cè)量階段期間，開(kāi)關(guān)SlE和SlA斷開(kāi)(因?yàn)樗鼈儾辉俳邮罩刂眯盘?hào)rst)，并且通過(guò)確立測(cè)量信號(hào)meas來(lái)閉合開(kāi)關(guān)S1D。結(jié)果，積分電容器Cint耦合于運(yùn)算放大器Al的輸出與運(yùn)算放大器Al的反相輸入之間。因此，由于積分電容器Cint參照反相輸入端子充電至電壓 Vref并且運(yùn)算放大器Al的非反相輸入也以電壓VMf為參照，所以運(yùn)算放大器Al的初始輸出將為零。也在測(cè)量階段期間，當(dāng)撤消重置信號(hào)rst時(shí)開(kāi)關(guān)S2B閉合而開(kāi)關(guān)S2A斷開(kāi)。另外， 當(dāng)撤消重置信號(hào)rst使開(kāi)關(guān)SlC斷開(kāi)而測(cè)量信號(hào)meas使SlB閉合時(shí)，偏移取消電容器C。ff 從接地去耦合并且耦合到參考電壓Vref。這些開(kāi)關(guān)的這種斷開(kāi)和閉合的結(jié)果是從偏移取消電容器C。ff向積分電容器Cint傳送等于C0FF*Vref (其中COFF是偏移取消電容器C。ff的電容)的正電荷。也從多路復(fù)用器104的輸出端子向積分電容器Cint傳送等于-CX*Vref (其中CX是傳感器Cx上的電容、任何雜散/寄生偏移電容Cx。ff和/或由于觸摸事件而添加的電容Ct。u。h之和)的負(fù)電荷。ADC 110可操作地耦合到測(cè)量元件108的輸出Vo，從而運(yùn)算放大器Al輸出的電壓從模擬電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓值Vout。ADCllO也能夠可操作地耦合到控制邏輯112，從而控制邏輯112能夠?qū)DC 110的數(shù)字輸出Vout進(jìn)行采樣。結(jié)果，控制邏輯112能夠選擇不同偏移取消元件106電容。此外，應(yīng)當(dāng)注意Vo和Vout分別以模擬和數(shù)字形式代表相同電壓，因此在替代實(shí)施例中控制邏輯112或者其它元件對(duì)輸出Vout的任何測(cè)量能夠是對(duì)輸出 Vo的測(cè)量，其中針對(duì)代表的電壓的形式對(duì)應(yīng)地調(diào)節(jié)測(cè)量電路系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件106能夠包括多個(gè)電容器和/或可變電容器以及關(guān)聯(lián)電路系統(tǒng)，從而能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏移取消元件106輸出的電容/電壓的值。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件106是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。圖2A圖示了根據(jù)一些實(shí)施例的偏移取消元件106 的偏移取消電容器C。ff的電容器電路200A。如圖2A中所示，偏移取消電容器C。ff包括具有一個(gè)共同平板的電容器Cl-CN的一個(gè)或者更多個(gè)附加指狀物(finger)。多個(gè)開(kāi)關(guān)Sca-SaJg 夠響應(yīng)于一個(gè)或者更多個(gè)數(shù)字信號(hào)trim來(lái)選擇一個(gè)或者更多個(gè)電容器Cl-CN從而有效提供能夠用來(lái)對(duì)偏移取消電容器C。ff的電容值進(jìn)行調(diào)節(jié)的一組可選并聯(lián)電容元件C1-CN。理解到一個(gè)或者更多個(gè)數(shù)字信號(hào)trim能夠由控制邏輯112基于從ADC 110接收的輸出Vout
來(lái)產(chǎn)生。圖2B圖示了根據(jù)一個(gè)替代實(shí)施例的偏移取消元件106的偏移取消電容器C。ff的電容器電路200B。具體而言，如圖2B中所示，偏移取消電容器(； 能夠包括單個(gè)第一端子和連接到多個(gè)第二端子的多個(gè)指狀物。另外，一個(gè)或者更多個(gè)電容器分節(jié)Ca、Cb. . . -Cz能夠具有繼而與放大器Al的非反相輸入連接的共同端子C。ffl。其它指狀物(或者備選地具有共同第一端子連接的各個(gè)電容器的第二端子)根據(jù)對(duì)應(yīng)使能信號(hào)ena、enb. . . -enz的狀態(tài)交替且間歇地耦合到接地或者參考電壓Vref。當(dāng)如圖IB中所示將電容器電路200B而不是單個(gè)電容器用于C。ff時(shí)，能夠省略開(kāi)關(guān)分節(jié)SlB和S1C，因?yàn)樗鼈兊墓δ茈m然以不同方式但是由電容器電路200B執(zhí)行。使能信號(hào)ena-enz通過(guò)激活一組對(duì)應(yīng)的相同切換電路33A-33Z 中的晶體管m來(lái)選擇將向?qū)?yīng)電容器分節(jié)Ca-Cz施加的接地或者通過(guò)啟用晶體管Pl來(lái)選擇要施加的電壓參考VMf。邏輯AND門(mén)ANDl和邏輯NAND門(mén)NANDl與反相器Il 一起耦合以提供如下選擇電路，該選擇電路在測(cè)量周期期間確立測(cè)量控制信號(hào)meas時(shí)激活晶體管m 或者Pl之一。所得操作根據(jù)下式減少用于放大器Al的反饋因子的變化(1)反饋因子=(CX+COFF+CM)FF+CINT)/CINT。在測(cè)量階段期間，僅耦合到電壓參考V,ef的電容器分節(jié)Ca-Cz將造成電荷傳送。實(shí)際上，由于電容器分節(jié)Ca-Cz中的任何電容器分節(jié)的耦合到接地的兩個(gè)端子在測(cè)量階段期間保持于接地電勢(shì)，所以不能從那些電容器分節(jié)向Cint傳送凈電荷(雖然在如等式(1)中所示反饋因子計(jì)算中仍然考慮那些分節(jié))。在重置階段期間，所有電容器分節(jié)Ca-Cz能夠耦合于接地與放大器Al的反相輸入端子之間。無(wú)論在電容器電路200B的端子C。ffl的電容在重置階段期間設(shè)置成的值Cx。ff如何，在端子C。ffl的電容在測(cè)量階段期間無(wú)變化。例如，由于CX和CXOFF的值能夠從小值如4皮法拉改變成大值如120皮法拉，所以如果CINT是比如20皮法拉這樣的值，則COFF值等于零時(shí)的反饋因子的變化將在大約1 至大約7之間。然而如果COFF設(shè)置成比如60皮法拉這樣的值，則根據(jù)反饋因子等式可見(jiàn)反饋因子的變化將變成在大約4至大約10之間。因此通過(guò)操縱COFF的值，反饋因子的變化從下限的七倍(1至7)減少至下限的僅2. 5倍G至10)。這簡(jiǎn)化放大器Al的設(shè)計(jì)，因?yàn)槿绻答伔秶t更易于設(shè)計(jì)低功率工作的放大器。運(yùn)算放大器Al的輸出電壓Vo等于在積分電容器Cint兩端的輸出引用電壓加上 Vref0可以根據(jù)Vo = Qf/CINT+Vref (其中％是積分電容器Cint上的電荷，而CINT是積分電容器Cint的電容)計(jì)算這一輸出引用電壓。因此，在測(cè)量階段期間向積分電容器Cint傳送的總電荷是CX*Vref-C0FF*Vref = AQf。另外由于積分電容器Cint上的初始電荷是_CINT*Vref，所以最終電荷值％是(2) -CINT*Vref+CX*Vref_COFF*Vref ；并且輸出電壓Vo如下給出(3) Vo = (_CINT*Vref+CX*Vref-COFF*Vref)/CINT+Vref= Vref* (CX-COFF) /CF。理解到可以在運(yùn)算放大器Al的反相輸入端子通過(guò)應(yīng)用電荷守恒來(lái)獲得相同結(jié)果。因此可見(jiàn)輸出電壓Vo與傳感器Cx的電容(加上任何雜散/寄生偏移電容(；。 和/或由于觸摸事件而添加的電容Ct。u。h)減去偏移取消電容器(； 的電容成比例。結(jié)果，能夠調(diào)節(jié)偏移取消電容器C。ff的電容，使得它基本上“抵償”傳感器Cx的電容和/或雜散/寄生偏移電容Cx。ff從而僅留下或者基本上僅留下傳感器116上的由于觸摸事件所致的電容Ct。u。h。 如下文具體所述，這一基本上動(dòng)態(tài)“抵償”電容和/或雜散電容的能力使觸摸屏系統(tǒng)100能夠經(jīng)歷初始背景校準(zhǔn)，其中測(cè)量傳感器116的傳感器電容和/或雜散電容的初始值并且動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏移取消元件106以基本上抵償測(cè)量的電容的量。類似地，如下文所述，這一能力使觸摸屏系統(tǒng)100能夠隨著對(duì)環(huán)境的改變更改傳感器電容和/或雜散電容而調(diào)節(jié)偏移取消元件106，從而偏移取消電容對(duì)應(yīng)于變化的傳感器電容和/或雜散電容。這提供的優(yōu)點(diǎn)在于利用更小積分電容器Cint作為積分電容器將僅需能夠處理Ct。u。h 電容的值而不使積分電容器Cint飽和并且由此更改輸出Vo。相反地，沒(méi)有這一取消能力的話，積分電容器Cint將需要充分大以不僅處理Ct。u。h電容的值而且還處理相加在一起的 Ct。u。h、Cx和Cx。ff電容的值。另外，利用更小積分電容器Cint這一能力增加測(cè)量元件108的分辨率，因?yàn)楦箅娙萜鞑荒軠y(cè)量從傳感器116接收的更小電荷。另外，這都造成提高觸摸屏系統(tǒng)100的動(dòng)態(tài)范圍，因?yàn)樾‰娙莺痛箅娙菥軌蛴上到y(tǒng)測(cè)量，歸因于它們的電容偏移值能夠由偏移取消電容器C。ff按照需要基本上取消?，F(xiàn)在將結(jié)合圖3A討論觸摸屏系統(tǒng)100在進(jìn)行背景校準(zhǔn)時(shí)的操作，該示了根據(jù)一些實(shí)施例的由控制邏輯112從所選傳感器116隨時(shí)間測(cè)量的電容的曲線圖300A。應(yīng)當(dāng)注意，雖然下文討論涉及上限，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該討論也能夠涉及系統(tǒng)100的下限，而不同之處在于值的改變是反轉(zhuǎn)的(例如增加/遞增變成減少/遞減)。如圖3A中所示，測(cè)量元件上限線302代表測(cè)量元件108在測(cè)量元件108的輸出飽和(即不再準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于輸入電容/電壓)之前能夠準(zhǔn)確測(cè)量的上電容值。在一些實(shí)施例中，基于積分電容器 Cint的飽和值確定上限線302。備選地，能夠根據(jù)本領(lǐng)域公知方法基于測(cè)量元件108的一個(gè)或者更多個(gè)附加元件如運(yùn)算放大器Al來(lái)確定上限線302。基線304代表測(cè)量元件108在計(jì)算時(shí)段內(nèi)從所選傳感器116接收的平均總非觸摸電容/電壓。換而言之，基線304代表當(dāng)用戶未觸摸傳感器時(shí)從傳感器116接收的平均電容/電壓值。在一些實(shí)施例中，控制邏輯112通過(guò)對(duì)在計(jì)算時(shí)段內(nèi)從所選傳感器116接收的電容/電壓求平均來(lái)計(jì)算基線304。在一些實(shí)施例中，接收的待求平均的電容/電壓是 ADC 110向控制邏輯112輸出的數(shù)字值Vout。備選地，接收的待求平均的電容/電壓能夠是來(lái)自輸出Vo的模擬值或者測(cè)量元件108的輸入。從所選傳感器116接收的這一平均總電容/電壓包括傳感器的電容Cx和雜散電容Cx。ff減去偏移取消電容C。ff。從基線304的計(jì)算中排除使得總電容也包括觸摸電容Ct。u。h的在觸摸事件306A、306B期間接收的電容/電壓值(見(jiàn)圖3B和圖3C)。結(jié)果，基線304的斜率如觸摸事件306A、306B下方的點(diǎn)線所代表的那樣在觸摸事件期間保持基本上恒定(見(jiàn)圖:3B和圖3C)。備選地，能夠在基線304的計(jì)算中包括在觸摸事件306A、306B期間的值。在一些實(shí)施例中，將觸摸事件306A、306B標(biāo)識(shí)/限定為傳感器的感測(cè)電容/電壓在預(yù)定義觸摸事件時(shí)段內(nèi)的急劇上躍和下落，其中在觸摸事件時(shí)段期間測(cè)量的電容/電壓的“上躍”超過(guò)預(yù)定電容/電壓值的觸摸閾值308。在示出了觸摸事件306A和306B的圖 ;3B和圖3C中示出了觸摸事件的兩個(gè)例子。觸摸閾值308由控制邏輯112確定為比測(cè)量的基線值304更大的預(yù)定電容/電壓值。在一些實(shí)施例中，選擇比基線304更大的預(yù)定電容/電壓值，使得它小于由于觸摸事件Ct。u。h造成的平均最高增加、但是大于無(wú)觸摸事件306A、 306B時(shí)基線304的平均波動(dòng)。最后，所需輸出電平314代表所需預(yù)定平均電容/電壓輸出電平。因此在操作中希望基線304電平基本上等于所需輸出電平314。在一些實(shí)施例中，基于上限302或者下限(未示出)確定這一所需輸出電平314。因此如圖3A中在時(shí)刻t0所示，基線304超過(guò)所需輸出電平314和上限302 二者。結(jié)果，測(cè)量元件108將不能在t0準(zhǔn)確測(cè)量在傳感器116 上的電容。當(dāng)環(huán)境漂移改變傳感器電容(CX+CX0FF)使得任何設(shè)置的偏移取消電容變得無(wú)效時(shí)經(jīng)常是這種情況。當(dāng)控制邏輯112計(jì)算基線304并且確定基線超過(guò)所需輸出電平314 時(shí)，控制邏輯112能夠向偏移取消元件106發(fā)送使偏移電容器元件的電容C。ff遞增的信號(hào) (例如trim、ena, enb、enz)。對(duì)應(yīng)地，基線304按照電容/電壓增量312根據(jù)等式(3)遞減。繼續(xù)偏移電容器C。ff的這一遞增直至基線304如圖3A中在時(shí)刻tl所示等于或者基本上等于所需輸出電平314。因此，通過(guò)使用準(zhǔn)確的偏移取消元件106，能夠保證傳感器116 的輸出的任何改變是放大器Al的輸出Vo的固定/已知改變。然后能夠在確定是否已出現(xiàn)觸摸事件306A、306B時(shí)考慮這一已知/固定改變，由此避免系統(tǒng)100的觸摸檢測(cè)錯(cuò)誤。在一些實(shí)施例中，增加增量是偏移取消元件106接收的數(shù)字代碼的一個(gè)最低有效位(LSB)。備選地，控制邏輯112能夠按照每增量多于一個(gè)的LSB來(lái)增加數(shù)字代碼。在控制邏輯112確定基線304充分接近所需輸出電平314之后，它停止遞增偏移取消元件106。在這一整個(gè)過(guò)程內(nèi)，控制邏輯112能夠調(diào)節(jié)觸摸閾值308，使得它保持基線304以上的預(yù)定電平?，F(xiàn)在將結(jié)合圖;3B和圖3C討論觸摸屏系統(tǒng)100在動(dòng)態(tài)適應(yīng)對(duì)背景電容的環(huán)境改變時(shí)的操作，這些示了控制邏輯112從所選傳感器116隨時(shí)間測(cè)量的背景電容的曲線圖 300B、300C。同樣應(yīng)當(dāng)注意，雖然圖:3B和圖3C的下文討論涉及上限線302和上漂移閾值 316，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該討論也能夠涉及系統(tǒng)100的下限和下漂移閾值，而不同之處在于值的改變將反轉(zhuǎn)(例如增加/遞增變成減少/遞減)。圖3B圖示了對(duì)觸摸屏系統(tǒng) 100的環(huán)境改變所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。具體而言，圖;3B圖示了在時(shí)刻t0-t3相對(duì)于上限線302和所需輸出值314的基線304和觸摸閾值308。在時(shí)刻t0，基線304在所需輸出值3 并且在上限線302以下。隨著時(shí)間的推移，基線值304(和對(duì)應(yīng)觸摸閾值308)開(kāi)始由于從t0至t3 的環(huán)境改變而增加。具體而言，由于環(huán)境改變可能更改傳感器電容Cx和/或雜散電容Cx。ff 的值，所以它使基線304改變等于漂移值310的值。例如當(dāng)濕度在觸摸屏102周?chē)黾訒r(shí)， 它隨時(shí)間增加傳感器116的傳感器電容和/或雜散電容Cx、Cx。ff、因此使基線304具有正斜率。類似地，如果濕度減少，則它將造成基線304具有負(fù)斜率。在時(shí)刻tl，漂移310不足以干擾測(cè)量元件108通過(guò)確定接收的電容/電壓是否在觸摸事件時(shí)段內(nèi)超過(guò)觸摸閾值308來(lái)感測(cè)觸摸事件306A。然而，截至?xí)r刻t2，漂移值310使得觸摸閾值308在上限線302以上。 結(jié)果，系統(tǒng)100不能確定接收的電容/電壓是否在觸摸事件時(shí)段內(nèi)超過(guò)觸摸閾值308，因?yàn)樗荒茉谠撾娖缴蠝?zhǔn)確測(cè)量接收的電容/電壓。在時(shí)刻t3，不再能夠準(zhǔn)確計(jì)算基線304本身，因?yàn)樗呀?jīng)超過(guò)上限線302。以前克服這一問(wèn)題的僅有方式是增加積分電容器Cint的電容，從而上限線302對(duì)應(yīng)增加。然而這增加成本并減少觸摸屏系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。圖3C圖示了觸摸屏系統(tǒng)100如何克服這一問(wèn)題而不增加積分電容器Cint的尺寸。 具體而言，如圖3C中所示，控制邏輯112確定上漂移閾值316以便防止漂移值310使觸摸閾值308超過(guò)上限線302。在一些實(shí)施例中，基于觸摸閾值308確定上漂移閾值316，從而設(shè)置上漂移閾值316充分低于上限線302，使得將在觸摸閾值308達(dá)到上限線302之前將基線304動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)得更低。備選地，能夠基于上限線302以下的設(shè)置差值確定上漂移閾值 316。在時(shí)刻t0與tl之間，類似于圖3C，基線304開(kāi)始由于環(huán)境改變而按照漂移值310增加。然而當(dāng)控制邏輯112確定基線304在時(shí)刻tl已經(jīng)達(dá)到或者穿過(guò)上漂移閾值316時(shí)，控制邏輯112能夠向偏移取消元件106發(fā)送使偏移電容器元件的電容C。ff遞增的信號(hào)(例如 trim.ena.enb.enz)。對(duì)應(yīng)地，基線304開(kāi)始按照電容/電壓漂移偏移值312根據(jù)等式(3) 遞減。繼續(xù)偏移電容器C。ff的這一遞增直至基線304降至上漂移閾值316以下和/或等于所需輸出電平314。控制邏輯112也能夠向ADC 110發(fā)送偏移取消元件106進(jìn)行漂移偏移312的總數(shù)的電容/電壓值。結(jié)果，能夠按照進(jìn)行的漂移偏移312的總數(shù)調(diào)節(jié)ADC的輸出Vout，使得輸出Vout與如同未進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)相同。換而言之，它允許這些調(diào)節(jié)對(duì)于系統(tǒng)100以外為透明。 在一些實(shí)施例中，針對(duì)各傳感器114存儲(chǔ)漂移偏移312的總數(shù)，從而能夠在傳感器114的后續(xù)差分測(cè)量期間使用它們。具體而言，能夠使用針對(duì)各傳感器114的偏移312的總數(shù)，從而在差分測(cè)量期間僅差分式測(cè)量非觸摸電容/電壓。在一些實(shí)施例中，增加增量是偏移取消元件106接收的數(shù)字代碼的一個(gè)最低有效位(LSB)。備選地，控制邏輯112能夠按照每增量多于一個(gè)的LSB來(lái)增加數(shù)字代碼。在這一整個(gè)過(guò)程內(nèi)，控制邏輯112能夠調(diào)節(jié)觸摸閾值 308，從而它保持基線304以上的預(yù)定電平。無(wú)論基線304何時(shí)達(dá)到上漂移閾值116，控制邏輯112繼續(xù)進(jìn)行這些調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施例中，針對(duì)各傳感器114進(jìn)行這一調(diào)節(jié)。結(jié)果，觸摸屏系統(tǒng)100的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)提供的優(yōu)點(diǎn)在于增加動(dòng)態(tài)范圍。具體而言，由于能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)從測(cè)量中消除傳感器114經(jīng)歷的基本上所有非觸摸電容，所以測(cè)量元件 106能夠利用更小的積分電容器Cint。這一更小的電容器允許系統(tǒng)對(duì)更低電容/電壓敏感 (其中無(wú)需取消)而又仍然能夠處理更高電容/電壓(其中需要取消)。因而提高系統(tǒng)的分辨率和/或動(dòng)態(tài)范圍?，F(xiàn)在將結(jié)合圖4中所示流程圖400討論根據(jù)一些實(shí)施例針對(duì)初始背景電容校準(zhǔn)觸摸屏系統(tǒng)100的方法。在步驟402，控制邏輯112在系統(tǒng)100啟動(dòng)時(shí)設(shè)置偏移取消電容C。ff 為零。備選地，在一些實(shí)施例中，控制邏輯112設(shè)置偏移取消電容C。ff為最大值或者高值。 備選地，省略步驟402。在步驟404，控制邏輯112針對(duì)所選傳感器116確定系統(tǒng)100在一定時(shí)段內(nèi)的平均數(shù)字輸出Vout。備選地，控制邏輯112針對(duì)所選傳感器116確定測(cè)量元件108 的平均模擬輸入或者輸出Vo。在一些實(shí)施例中，取平均值的時(shí)段大于平均觸摸事件306A、 306B的長(zhǎng)度。備選地，控制邏輯112如本領(lǐng)域公知的那樣利用與平均值不同的度量來(lái)測(cè)量系統(tǒng)100的數(shù)字輸出Vout。在步驟406，控制邏輯112增加偏移取消元件106的偏移電容直至數(shù)字輸出Vout等于所需輸出電平314。備選地，控制邏輯112減少偏移取消元件106 的偏移電容直至數(shù)字輸出Vout等于所需輸出電平314。在步驟408，針對(duì)各傳感器114重復(fù)先前執(zhí)行的步驟。在一些實(shí)施例中，在觸摸屏系統(tǒng)100啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行校準(zhǔn)方法400。備選地，能夠定期地或者在用戶請(qǐng)求時(shí)執(zhí)行校準(zhǔn)方法400。現(xiàn)在將結(jié)合圖5中所示流程圖500討論根據(jù)一些實(shí)施例的針對(duì)對(duì)背景電容的環(huán)境改變動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)觸摸屏系統(tǒng)100的方法。在步驟502，控制邏輯112針對(duì)所選傳感器116確定系統(tǒng)100在一定時(shí)段內(nèi)的平均數(shù)字輸出Vout作為基線304。備選地，控制邏輯112針對(duì)所選傳感器116確定測(cè)量元件108的平均模擬輸入或者輸出Vo作為基線304。備選地，控制邏輯112如本領(lǐng)域公知的那樣利用與平均值不同的度量來(lái)測(cè)量系統(tǒng)100的數(shù)字輸出Vout。 在一些實(shí)施例中，在計(jì)算基線304時(shí)忽略在觸摸事件306A、306B期間出現(xiàn)的輸出值。在步驟504，控制邏輯112確定基線閾值316。在一些實(shí)施例中，基于測(cè)量元件108的限制線302 確定基線閾值316。備選地，用基線閾值316對(duì)控制邏輯112預(yù)編程。在一些實(shí)施例中，限制線302是測(cè)量元件108的上限或者下限。在一些實(shí)施例中，基線閾值316是上閾值或者下閾值。在步驟506，如果基線304達(dá)到基線閾值316，則控制邏輯112按照漂移偏移/增量值312動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏移取消元件106的偏移取消電容，從而基線值304從閾值316移開(kāi)。 在一些實(shí)施例中，基線304在閾值316以下或者以上距閾值316為漂移偏移值312處。在一些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)偏移取消元件106的偏移電容包括按照LSB遞增或者遞減偏移取消元件106。備選地，遞增或者遞減能夠是多于一個(gè)的LSB。在步驟508，從控制邏輯112向ADC 110發(fā)送針對(duì)所選傳感器116的漂移偏移值312的求和用于重新調(diào)節(jié)ADC 110的輸出，從而輸出Vout與如同尚未調(diào)節(jié)偏移取消元件106時(shí)相同。備選地，省略步驟508。在步驟510， 針對(duì)各傳感器114重復(fù)先前執(zhí)行的步驟。在一些實(shí)施例中，在傳感器114之間的后續(xù)差分測(cè)量過(guò)程期間利用針對(duì)各傳感器114的漂移偏移值312的求和。如上文所述，用于提高觸摸屏控制器的動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置提供諸多優(yōu)點(diǎn)。具體而言，觸摸屏系統(tǒng)100具有增加的動(dòng)態(tài)范圍，因?yàn)樗梢詣?dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏移取消元件的電容， 使得它抵消傳感器的寄生電容和傳感器電容，由此僅留下將由測(cè)量元件測(cè)量的觸摸事件電容。偏移取消元件能夠適應(yīng)各傳感器的初始非所需電容以及動(dòng)態(tài)適應(yīng)非所需電容由于環(huán)境而改變。結(jié)果，電容到電壓轉(zhuǎn)換器和/或觸摸屏系統(tǒng)能夠利用小積分電容器，由此降低系統(tǒng)的成本并且提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。已經(jīng)按照結(jié)合細(xì)節(jié)的具體實(shí)施例描述用于提高觸摸屏控制器的動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置來(lái)幫助理解混合信號(hào)處理電路的構(gòu)造和操作原理。本文中，對(duì)具體實(shí)施例及其細(xì)節(jié)的這樣的引用并非旨在限制所附權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，可以在為了示例而選擇的實(shí)施例中進(jìn)行修改而不脫離用于提高觸摸屏控制器的動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
1權(quán)利要求
1.一種電容到電壓轉(zhuǎn)換器，用于與具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器的電容式觸摸屏一起使用，所述轉(zhuǎn)換器包括a.電容偏移取消元件，耦合用于減輕寄生電容對(duì)所述電容傳感器中的一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的影響；以及b.模數(shù)轉(zhuǎn)換器，耦合到所述偏移取消元件，用于將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，還包括控制器，耦合到所述偏移取消元件，用于基于所述數(shù)字信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)所述偏移取消元件對(duì)所述寄生電容的影響的減輕程度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，還包括耦合于所述偏移取消元件與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的測(cè)量元件，其中所述測(cè)量元件包括電容小于20皮法拉的積分電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成零。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器從所述初始零值遞增所述偏移值直至所述數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成最大值，從而減輕所述寄生電容的所有影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器從所述初始最大值遞減所述偏移值直至所述數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)的值求平均以確定基線值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換器，其中如果所述基線達(dá)到閾值，則所述控制器按照增量值調(diào)節(jié)所述偏移取消元件的偏移值，使得所述基線從所述閾值移開(kāi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述閾值是上閾值，并且所述偏移值按照所述增量值增加，從而所述基線降至所述上閾值以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述閾值是下閾值，并且所述偏移值按照所述增量值減少，從而所述基線升至所述下閾值以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)計(jì)算所述基線值時(shí)，所述控制器忽略在觸摸事件使所述數(shù)字信號(hào)的值驟然增加和/或下降的持續(xù)時(shí)間少于預(yù)定觸摸時(shí)段時(shí)的所述數(shù)字信號(hào)的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器按照所述增量值調(diào)節(jié)所述數(shù)字信號(hào)的值。
15.一種觸摸屏系統(tǒng)，包括a.電容式觸摸屏，具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器；以及b.電容到電壓轉(zhuǎn)換器，包括i.電容偏移取消元件，耦合用于減輕寄生電容對(duì)所述電容傳感器中的一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的影響；以及 .模數(shù)轉(zhuǎn)換器，耦合到所述偏移取消元件，用于將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括控制器，耦合到所述偏移取消元件，用于基于所述數(shù)字信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)所述偏移取消元件對(duì)所述寄生電容的影響的減輕程度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括耦合于所述偏移取消元件與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的測(cè)量元件，其中所述測(cè)量元件包括電容小于20皮法拉的積分電容器。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成零。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制器從所述初始零值遞增所述偏移值直至所述數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述偏移取消元件的偏移值初始地設(shè)置成最大值，從而減輕所述寄生電容的所有影響。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述控制器從所述初始最大值遞減所述偏移值直至所述數(shù)字信號(hào)達(dá)到預(yù)定值。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述控制器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)的值求平均以確定基線值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中如果所述基線達(dá)到閾值，則所述控制器按照增量值調(diào)節(jié)所述偏移取消元件的偏移值，使得所述基線從所述閾值移開(kāi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述閾值是上閾值，并且所述偏移值按照所述增量值增加，從而所述基線降至所述上閾值以下。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述閾值是下閾值，并且所述偏移值按照所述增量值減少，從而所述基線升至所述下閾值以上。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)計(jì)算所述基線值時(shí)，所述控制器忽略在觸摸事件使所述數(shù)字信號(hào)的值驟然增加和/或下降的持續(xù)時(shí)間少于預(yù)定觸摸時(shí)段時(shí)的所述數(shù)字信號(hào)的值。
28.根據(jù)權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述控制器按照所述增量值調(diào)節(jié)所述數(shù)字信號(hào)的值。
29.一種提高電容到電壓轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍的方法，所述轉(zhuǎn)換器用于與具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器的觸摸屏一起使用，所述方法包括a.用控制器確定在一定時(shí)段內(nèi)的平均數(shù)字輸出，其中所述平均數(shù)字輸出與所述轉(zhuǎn)換器的傳感器關(guān)聯(lián)；以及b.調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)換器的偏移取消元件產(chǎn)生的偏移值直至所述轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出等于預(yù)定基線值。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中所述電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，還包括初始地設(shè)置所述偏移值為零。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括從所述初始零值遞增所述偏移值直至所述數(shù)字輸出等于所述預(yù)定基線值。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，還包括初始地設(shè)置所述偏移值為最大值。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括從所述初始最大值遞減所述偏移值直至所述數(shù)字輸出等于所述預(yù)定基線值。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中定期地、響應(yīng)于用戶命令和/或在所述觸摸屏啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行所述調(diào)節(jié)。
36.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，還包括a.用第二測(cè)量元件確定在一定時(shí)段內(nèi)的第二平均數(shù)字輸出，其中所述第二平均數(shù)字輸出與所述轉(zhuǎn)換器的第二傳感器關(guān)聯(lián)；b.調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)換器的第二偏移取消元件產(chǎn)生的第二偏移值直至所述轉(zhuǎn)換器的第二數(shù)字輸出等于第二預(yù)定基線值；以及c.獲得在按照所述第一偏移值調(diào)節(jié)的所述第一數(shù)字輸出與按照所述第二偏移值調(diào)節(jié)的所述第二數(shù)字輸出之間的差分測(cè)量。
37.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中所述偏移取消元件充分準(zhǔn)確，從而所述調(diào)節(jié)對(duì)于用戶為透明。
38.一種提高電容到電壓轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍的方法，所述轉(zhuǎn)換器用于與具有一個(gè)或者更多個(gè)電容傳感器的觸摸屏一起使用，所述方法包括a.對(duì)與所述轉(zhuǎn)換器的傳感器關(guān)聯(lián)的數(shù)字輸出求平均以便確定基線值；b.確定基線閾值；以及c.如果所述基線值達(dá)到所述基線閾值，則按照增量值動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)換器的偏移取消元件的偏移值，使得所述基線值遠(yuǎn)離所述閾值。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述電容偏移取消元件是電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述偏移值使所述電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電容增加或者減少。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述基線閾值是所述轉(zhuǎn)換器的上閾值，并且所述動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)按照所述增量值增加所述偏移值，從而所述基線值降至所述上閾值以下。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述基線閾值是下閾值，并且所述動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)按照所述增量值減少所述偏移值，從而所述基線值升至所述下閾值以上。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述對(duì)所述數(shù)字輸出求平均包括忽略當(dāng)觸摸事件在少于預(yù)定觸摸時(shí)段的時(shí)間段中使所述數(shù)字輸出的值增加或者減少時(shí)的所述數(shù)字輸出的值。
44.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中基于所述轉(zhuǎn)換器的測(cè)量元件的上限或者下限確定所述基線閾值。
45.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括a.對(duì)與所述轉(zhuǎn)換器的第二傳感器關(guān)聯(lián)的第二數(shù)字輸出求平均以便確定第二基線值；b.確定第二基線閾值；c.如果所述第二基線值達(dá)到所述第二基線閾值，則按照第二增量值動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)換器的第二偏移取消元件的第二偏移值，使得所述第二基線值遠(yuǎn)離所述第二閾值；以及d.獲得在按照所述第一偏移值調(diào)節(jié)的所述第一數(shù)字輸出與按照所述第二偏移值調(diào)節(jié)的所述第二數(shù)字輸出之間的差分測(cè)量。
46.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述偏移取消元件充分準(zhǔn)確，從而所述動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)于用戶為透明。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于提高觸摸屏控制器的動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置。提供一種觸摸屏系統(tǒng)，用于增加該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，該系統(tǒng)包括耦合到偏移取消元件和電容測(cè)量元件的觸摸屏。偏移取消元件被配置成動(dòng)態(tài)改變電容，使得它抵消觸摸屏傳感器的寄生電容和傳感器電容，由此僅留下將由測(cè)量元件測(cè)量的觸摸事件電容。偏移取消元件能夠適應(yīng)各傳感器的初始非所需電容以及動(dòng)態(tài)適應(yīng)非所需電容由于環(huán)境引起的改變。在一些實(shí)施例中，偏移取消元件是由控制器控制用于抵消非所需電容的電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器。結(jié)果，觸摸屏系統(tǒng)能夠利用小積分電容器，由此降低系統(tǒng)的成本并且提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。
文檔編號(hào)G06F3/044GK102236489SQ20111010819
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者A·R·喬哈拉帕爾卡, P·錢(qián) 申請(qǐng)人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司