[發(fā)明專利]基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相移的正切而進(jìn)行的自電容感測(cè)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010144918.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN111665977B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·A·尼格拉特;A·普特拉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體亞太私人有限公司
• 主分類號(hào): G06F3/041
• 分類號(hào): G06F3/041;G06F3/044
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 董莘

本公開涉及基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相移的正切而進(jìn)行的自電容感測(cè)。觸摸屏控制器包括驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路通過電阻耦合到導(dǎo)電線，并以驅(qū)動(dòng)頻率利用通過電阻而傳遞的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)該導(dǎo)電線。感測(cè)電路耦合到該導(dǎo)電線，并感測(cè)該導(dǎo)電線處的電壓，該電壓根據(jù)由該導(dǎo)電線所見的電容而變化。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路耦合到感測(cè)電路，并且以采樣頻率對(duì)感測(cè)到的電壓進(jìn)行采樣以產(chǎn)生樣本。處理電路耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，并從樣本直接計(jì)算由電阻和電容所致的電壓的相移的正切，并根據(jù)電壓的相移的正切來確定針對(duì)該導(dǎo)電線的自觸摸值。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2019年3月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.62/813,862的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以其整體通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及自電容感測(cè)的領(lǐng)域，并且特別地，涉及硬件以及用于在不使用開關(guān)電容器電路的情況下操作該硬件的技術(shù)。

背景技術(shù)

觸摸屏設(shè)備在今天的計(jì)算環(huán)境中普遍流行。便攜式計(jì)算機(jī)、桌上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、智能電話和智能手表通常采用觸摸屏來獲取用戶輸入，以用于這些設(shè)備的導(dǎo)航和控制。因此，經(jīng)由觸摸輸入辨別用戶的意圖是觸摸屏設(shè)備的重要特征。

觸摸屏通常基于電容性觸摸感測(cè)進(jìn)行操作，并且包括導(dǎo)電特征的圖案化陣列。例如，導(dǎo)電特征的圖案化陣列可以包括線、導(dǎo)電焊盤、重疊結(jié)構(gòu)、交叉結(jié)構(gòu)、菱形結(jié)構(gòu)、晶格結(jié)構(gòu)等的集合。通過評(píng)估不同線或多組線處的電容改變，可以檢測(cè)諸如通過手指或觸筆的用戶觸摸或懸停。

可以對(duì)觸摸屏執(zhí)行的兩種常見的電容性觸摸感測(cè)技術(shù)或模式是互電容感測(cè)和自電容感測(cè)。在互電容感測(cè)模式下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到被稱為驅(qū)動(dòng)線的線的子集，并且在被稱為感測(cè)線的線的子集處測(cè)量電容值，其中應(yīng)當(dāng)理解，感測(cè)線以與其間隔開的形式與驅(qū)動(dòng)線相交。驅(qū)動(dòng)線和感測(cè)線的每個(gè)交叉點(diǎn)形成電容性節(jié)點(diǎn)。由于將手指或?qū)щ娪|筆靠近觸摸屏的表面將改變局部電場(chǎng)，因此這導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)線和感測(cè)線之間的電容(“互”電容)減小，并且每個(gè)獨(dú)立的電容節(jié)點(diǎn)處的電容改變可以被測(cè)量，以準(zhǔn)確地確定觸摸位置。因此，互電容感測(cè)的輸出是值的二維矩陣，其中針對(duì)每個(gè)電容性節(jié)點(diǎn)(驅(qū)動(dòng)線和感測(cè)線之間的交叉點(diǎn))一個(gè)值。因此，可以理解，互電容感測(cè)允許可以同時(shí)準(zhǔn)確跟蹤多個(gè)手指或觸筆的多點(diǎn)觸摸操作。

然而，如也可以理解的，測(cè)量單個(gè)電容性節(jié)點(diǎn)時(shí)的信噪比很低。因此，互觸摸感測(cè)的靈敏度對(duì)于某些情況并不理想。

在自電容感測(cè)模式下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到每一條線，而不管取向如何。將手指或觸筆靠近觸摸屏的表面將改變局部電場(chǎng)，在這個(gè)實(shí)例中，從而增加相關(guān)驅(qū)動(dòng)線或感測(cè)線與接地之間的電容(“自電容”)。然而，由于所有線都被驅(qū)動(dòng)，因此電容改變只能以每個(gè)線為基礎(chǔ)而不是以每個(gè)電容性節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)被測(cè)量。因此，自電容感測(cè)的輸出是值的兩個(gè)一維數(shù)組，其中針對(duì)每個(gè)線一個(gè)值。

如可以理解的，測(cè)量整條線時(shí)的信噪比高于測(cè)量單個(gè)電容性節(jié)點(diǎn)時(shí)的信噪比，因此自電容感測(cè)允許更精確的測(cè)量，盡管無法準(zhǔn)確地解決由多于單個(gè)手指進(jìn)行的觸摸。

在當(dāng)前自電容感測(cè)設(shè)計(jì)的情況下，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的每個(gè)周期期間只能執(zhí)行一次數(shù)據(jù)采集。此外，由于測(cè)量了每個(gè)線的總電荷，并且由于信噪比高，所以相關(guān)聯(lián)的感測(cè)電路需要大的工作范圍。另外，對(duì)于給定的觸摸屏設(shè)計(jì)，切換驅(qū)動(dòng)頻率是困難的，因?yàn)閷?duì)于不同的觸摸屏設(shè)計(jì)，由相關(guān)聯(lián)的感測(cè)電路執(zhí)行的、諸如補(bǔ)償由信噪比引起的大電壓擺動(dòng)的功能可能是不同的。

因此，由于自電容感測(cè)的有用性以及上文給出的缺點(diǎn)，期望用于執(zhí)行自電容感測(cè)的新的電路和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容