CN101273274A - 利用转换电荷转移技术检测电容的方法和系统 - Google Patents

Abstract

描述了用来利用电荷转移技术检测可测量电容(112)的方法，系统和装置。依据各种实施例，电荷转移过程被执行两次或更多次。在电荷转移过程期间，预定电压被施加给可测量电容(112)，和允许可测量电容(112)通过无源阻抗(Z)与滤波电容(110)分享电荷，所述无源阻抗通过电荷转移过程保持耦合至可测量电容和滤波电容(110)。然后作为滤波电容(110)上的电荷的示值和电荷转移过程的执行次数的函数的可测量电容(112)的值可以被确定。这样的检测方案可以容易地利用传统的部件来实施，并且可以尤其有用于检测手指，触笔或其它物体相对于输入传感器的位置。

Description

利用转换电荷转移技术检测电容的方法和系统

优先权数据

[0001]本申请要求于2005年6月3日提交的美国临时专利申请序列号60/687012、60/687166、60/687148、60/687167、60/687039和60/687037和于2006年2月16日提交的序列号60/774843的优先权，并且它们在此引入作为参考。

技术领域

[0002]本发明一般涉及电容检测，更具体地，涉及一种能够利用转换电荷转移技术检测可测量电容的装置、系统和方法。

背景技术

[0003]对电荷、电流或电压响应的电容传感器/检测系统可以被用来检测位置或接近度(或运动、存在或任意类似信息)，并通常被用作计算机、个人数字助理(PDA)、媒体播放器和记录器、视频游戏机、消费电子产品、蜂窝式手机、投币式公用电话、POS端、自动播音机器人、公用电话亭等的输入装置。电容检测技术被用于下面的应用中，例如用户输入按键、滑动控制、卷纸辊、卷纸带和其它类型的输入和控制。用在这样的应用中的一种电容传感器是按键式传感器，其可以被用来提供有关输入靠近或存在的信息。用在这样的应用中的另一种电容传感器是接触垫式传感器，其可以被用来提供有关输入的信息，例如沿一轴(1-D传感器)、两轴(2-D传感器)或多轴的位置、运动和/或类似信息。按键式和接触垫式传感器还可以选择性地被构造成提供附加的信息，例如一些力、持续时间或与输入相关的电容耦合量的指示。在Trent等的美国公开申请2004/0252109A1和1999年3月9日授予Gillespie等的美国专利No.5880411中描述了基于电容检测技术的1-D和2-D接触垫式传感器示例。已经发现，这样的传感器可以容易地用于例如包括手持和笔记本式计算机的电子系统的输入装置中。

[0004]用户通常通过放置或移动一个或多个手指、触笔和/或其它物体靠近位于输入装置上或内部的传感器检测区域来操作电容输入装置。在载波信号被施加给检测区域下，这产生电容效应，其可以被检测并使其与激励物/多个激励物相对于检测区域的位置信息(例如位置或接近或运动或存在或类似信息)相关。这个位置信息可以反过来被用来选择、移动、滚动或操作文本、图形、光标、高亮显示和/或显示屏上的其它指示器的任意组合。这个位置信息还可以用来使用户能够与界面相互作用，例如用来控制音量、调整亮度或用来实现任意其它目的。

[0005]尽管电容传感器已得到广泛应用，但是传感器设计者仍然寻求提高传感器功能性和有效性的方法。特别是，继续希望简化这样的传感器的设计和实施。此外，对高度通用但低成本并易于实施传感器设计的需求持续上升。特别是，存在对足够灵活以便易于在广泛的各种应用中实施但功率足够强大以提供准确的电容检测同时保持成本效率的传感器设计方案的需求。

[0006]因此，希望提供用来快速地，有效地和经济地检测可测量电容的系统和方法。此外，希望生成可以利用容易获得的部件例如标准IC，微控制器和离散部件来实施的一个方案。从随后结合附图和前述技术领域和背景技术的详细描述和附加的权利要求书，其它希望的特性和特征可以变得显而易见。

发明概述

[0007]描述了用来利用电荷转移技术检测可测量电容的方法、系统和装置，该技术在许多标准的微控制器上实施而不需要外部的有源模拟部件。依据各种实施例，执行电荷转移过程两次或多次。电荷转移过程包括施加预定电压到可测量电容，以及然后允许可测量电容通过无源阻抗与滤波电容分享电荷，所述无源阻抗通过施加预定电压和允许可测量电容以分享电荷的期间保持耦合至可测量电容和滤波电容。然后可以确定作为滤波电容上的电荷的示值和电荷转移过程的执行次数的函数的可测量电容的值。电荷转移过程的执行次数可以预先设定或可以基于达到一定阈值的电荷的示值。滤波电容上的电荷的示值可以通过生成一位或多位测量值的测量步骤获得。这些步骤可以重复，并且如果合适的话，测量步骤的结果可以被保存和/或滤波。

[0008]利用这里所描述的技术，可以利用容易获得的部件便利地实施电容检测方案，并且该方案在检测手指、触笔或其它物体相对于实现按键、滑动块、光标控制或用户界面导航功能或任意其它功能的电容传感器的位置中特别有用。

附图说明

[0009]在下文将结合下面的附图描述本发明的各个方面，其中相同的数字表示相同的元件，和：

[0010]附图1A-D是电容传感器的示例实施方案的框图；

[0011]附图2A-B是示出用来操作如附图1B中所示的电容传感器的示例技术的时序图；

[0012]附图3A-B是示出用来操作如附图1B所示的电容传感器的可替换技术的时序图；

[0013]附图4A-C是电容传感器的可替换实施例的框图；

[0014]附图5是示出用来操作如附图4A所示的电容传感器的示例技术的时序图；

[0015]附图6是示出结合监护电极的多通道电容传感器的可替换实施例的框图；

[0016]附图7是示出多通道电容传感器的另一可替换实施例的框图；

[0017]附图8是利用转换电荷转移技术检测电容的示例技术的流程图；

[0018]附图9是利用与电子系统耦合的电容传感器的临近传感器装置的示意图。

详细描述

[0019]下面的详细描述实质上仅仅是示例，并不意味着限定本发明或本发明的应用和使用。此外，并不是意味着由前述的技术领域、背景、简述或下面的详细描述中存在的任意表述或暗示的原理来限制。

[0020]依据各种示例实施例，电容检测和/或测量电路可以简单地利用无源电力网络和一个或多个开关表示。在典型的实施方案中，重复执行电荷转移过程两次或多次，其中预定电压利用一个或多个开关被施加到可测量电容，并且可测量电容被允许与无源网络中的滤波电容分享电荷。(滤波电容也可以被称作“积分电容”或“积分滤波器”)。通过这样电荷转移过程，预定电压的多次施加和电荷的相关分享影响滤波电容上的电压。这样电荷转移过程可以被认为通过多个执行大致“积分”电荷到滤波电容上，这样滤波电容的“输出”电压被滤波。在重复两次或多次电荷转移过程之后(尽管一些实施例可以仅使用重复一次)，滤波电容上的电荷表示被读出以确定可测量电容。滤波电容上的电荷表示可以是滤波电容上的电压，例如电路节点上的电压，其指示跨过滤波电容的电压。滤波电容上的电压还可以是跨过滤波电容本身的电压。滤波电容上的电荷示值的测量可以需要比较一个或多个阈值以生成一位或多位读数。测量可以需要使用多位模数电路以生成电荷示值的多位测量值。

[0021]利用这些技术，可以容易地表示出能够检测手指、触笔或其它物体的存在或靠近的电容位置传感器。此外，这里所描述的各个实施例可以仅利用传统的转换机构(例如那些可通过控制装置的I/O获得的机构)和无源部件(例如，一个或多个电容器、电阻、电感和/或类似物)就容易地实施，而不需要其它可增加成本和复杂性的有源电子设备。因此，这里所描述的各个方案仍可以利用容易获得和合理价格的部件在各种环境下方便可靠地实施，如下面更充分地描述。

[0022]可测量电容是任一信号源、电极或其它具有可由电容检测系统检测的电容的电节点的有效电容。对于电容临近传感器和其它从一个或多个手指、触笔和/或其它激励物接收输入的输入装置，可测量电容经常表示从检测节点到系统的本地接地的总有效电容(“绝对电容”)。对于输入装置的总有效电容可以十分复杂，包括串联和并联的电容、电阻和电感，如传感器设计和操作环境所确定的。在其它情况下，可测量电容可以表示从驱动节点到检测节点的总有效电容(“贯穿电容(transcapacitance)”)。这个总有效电容也可以十分复杂。然而，在许多情况下，输入可以简单地通过与固定的背景电容并联的小型可变电容来模拟。

[0023]在采用电容传感器的输入装置中，可测量电容经常是由电容传感器的检测电极显示出的可变电容。电容传感器可以包括多个检测电极，并且每个检测电极可以与可测量电容相关联。通过示例的“绝对电容”检测方案，可测量电容可包括一个(或多个)检测电极到一个或多个输入物体的电容耦合，该一个或多个输入物体例如手指、触笔或其它物体的任一组合，其足够靠近检测电极以与检测电极具有可检测到的电容耦合。通过示例的“贯穿电容”检测方案，可测量电容可包括一个(或多个)检测电极到一个或多个驱动电极的电容耦合。这一与输入物体(对于“绝对电容”方案)或电极之间(对于“贯穿电容”方案)的耦合随一个(或多个)输入装置影响电场而改变。这样，可测量电容值可以被用来确定由电容输入装置或任一与电容输入装置通信的电子系统使用的有关输入物体的接近，位置，运动或其它位置信息的信息。

[0024]施加到可测量电容的预定电压值经常是已知的，并且经常保持恒定。例如，预定电压可以是单一的适宜电压(convenient voltage)，例如电源电压、电池电压、数字逻辑电平、由电流源驱动的电阻、这些电压的任一分开或放大形式等。然而，预定电压还可以是未知的或可变的，只要预定电压保持与滤波电容上的电荷测量值成比例量度。例如，电容检测方案可以包括重置滤波电容到复位电压，并且还包括通过比较滤波电容一侧上的电压(相对于复位电压)和阈值电压(也相对于复位电压)测量跨过滤波电容的电压；通过这样的检测方案，在导致确定可测量电容的电荷转移过程的实施下，预定电压和复位电压之间的差值以及阈值电压和复位电压之间的差值应当保持大致平均上彼此成比例。这样，由于在用来确定可测量电容的电荷转移过程的执行期间从可测量电容到滤波电容分享的电荷，用来测量滤波电容上电压变化的阈值将与滤波电容上的电压变化成比例。特别是，在预定电压为V_cc且复位电压为GND时，阈值电压可以是CMOS输入阈值的比例量度，例如(1/2)*(V_cc-GND)。

[0025]现在返回附图，并且首先参考附图1A，适于用来确定可测量电容112的示例电容传感器100包括无源阻抗105，其与滤波电容110耦合。尽管传感器100利用开关101、103驱动，但是可测量电容112、滤波电容110和无源阻抗105仍形成一个无源电网，其包括非有源元件。无源阻抗105由一个或多个非有源电子元件提供，例如电容、电感、电阻等的任意组合。电容、电阻和电感可以分别由电容的、电阻的和电感的元件的任意组合提供。一些元件呈现多于一个的阻抗特性，例如具有电阻和电感特性；这样这些元件将为使用其的网络提供电阻和电感。在各个实施例中，无源阻抗105是由网络或一个或多个电阻器提供的电阻。此外，无源阻抗105可以包括非线性元件，例如二极管。阻抗105通常被设计为具有足够大的阻抗，以防止在施加预定电压到可测量电容112的期间明显的电荷泄漏到滤波电容110中，如下面更充分的描述。在各个实施例中，阻抗105可以是几百千欧姆或更大级的电阻，尽管其它实施例可以呈现大量不同阻抗值。

[0026]滤波电容110耦合到节点107和在节点115处耦合到无源阻抗105。节点107可以被耦合到适当电压(在附图1A中示出接地，尽管可以使用另一个参考电压)。滤波电容110可以由一个或多个电容器(例如任意数量的离散电容的集合)提供，其被构造以接收从可测量电容112转移的电荷。尽管所选的特定滤波电容值将随实施例改变，但是滤波电容110的电容值将典型地为一个数量级，并且经常是大于可测量电容112的电容值的几个数量级。例如，滤波电容110可以被设计为大约几个毫微法级，而可测量电容112可以是皮法级。作为将在下面更详细地描述的一个示例，选择滤波电容110，这样由滤波电容110和无源阻抗105生成的RC电路的时间常数大于用来施加预定电压到可测量电容112的脉冲的持续时间。

[0027]与无源阻抗105的可测量电容112的时间常数还优选大于由脉冲施加到可测量电容112的预定电压的持续时间。这样在电荷转移过程期间添加到滤波电容110的电荷大部分来自存储在可测量电容112上并与滤波电容110分享的电荷，小部分来自施加预定电压期间的穿过无源阻抗105的任意电流。由于为了提供适当的电容检测分辨率，滤波电容110经常为大于可测量电容112的数量级，因此接下来它的与无源阻抗105的时间常数也可以是大于由脉冲施加的预定电压的持续时间的数量级。这样，RC电路的相对大的时间常数允许在施加相对小的预定电压期间电荷泄漏到滤波电容110。

[0028]传感器100还包括与滤波电容110并联且耦合到节点115和107的开关103。开关103可以闭合，以在执行电荷转移过程以确定可测量电容112的值之前重置滤波电容110上的电荷。在这种情况下，闭合开关103清除滤波电容110上的电荷。

[0029]用于重置滤波电容110的其它选择可容易地被获得。例如，开关103可以耦合节点113到电压，例如接地(代替节点107和115)，这样闭合开关103将通过无源阻抗105重置滤波电容110上的电荷。这样的配置可以利用控制器的单一数字I/O(例如附图4A所示的)被实施。然而，这种配置将利用与无源阻抗105和滤波电容110相关的时间常数重置，从而需要一个大于与滤波电容110并联放置的开关103的重置时间。

[0030]电容传感器100的操作适宜包括易于使用一个或多个开关101、103的电荷转移过程和测量过程。开关101、103可以由任意类型的离散开关、缓冲集成电路、场效应晶体管和/或其它开关结构来实施，这里仅仅指定几个示例。可替换地，开关101、103可以由耦合到控制器的输出引脚的控制器的内部逻辑/电路来实施，正如将在下面进行更详细地描述。控制器的输出引脚还可以耦合到能够提供输入功能的内部逻辑/电路，这样开关101、103可以采用控制器的一个或多个I/O来实施。

[0031]典型重复两次或多次的电荷转移过程适宜施加预定电压(用于预定电压的适宜电压包括电源电压、电池电压和逻辑信号)到可测量电容112，然后允许可测量电容112与滤波电容110适当分享电荷。在附图1A所示的示例中，闭合的开关101施加预定电压到可测量电容112，而打开的开关101中断预定电压施加到可测量电容112。电路100示出了一种配置，其中开关101在闭合时被用来施加电压，而当开关101打开时中断施加电压。然而，开关可以在打开或闭合时被用来施加电压，或当打开开关时施加第一电压而闭合开关时施加不同的电压。这样，开关101被用来施加脉冲或其它波形的预定电压，同与阻抗105和可测量电容112或滤波电容110相关的RC时间常数相比，该预定电压具有相对短的周期，以在施加预定电压期间帮助防止过度的电流泄漏通过阻抗105。由于经常在测量滤波电容110上的电荷示值或确定可测量电容112的值中难于控制或解决电荷泄漏(如果实际上不是不可能的)，因此通过阻抗105的电荷泄漏对传感器精确度和/或分辨率是不利的。除了阻抗105之外，通过寄生或杂散阻抗的电荷泄漏还对传感器性能是不利的，但通过施加更短的预定电压可以降低这种影响。

[0032]在将预定电压施加到可测量电容112之后，用于电荷转移过程的那种性能而施加的预定电压可以通过打开开关101而终止，并且可测量电容112被允许与滤波电容110分享电荷。在电荷分享期间，电荷通过无源阻抗105在可测量电容112和滤波电容110之间行进。在充电期间(当预定电压被施加以对可测量电容充电或放电时)和允许分享期间(当预定电压的施加被停止时)，无源阻抗105保持耦合到可测量电容112和滤波电容110。尽管附图1A示出了完成这种电荷分享的特定配置，但是通过无源阻抗的电荷分享可以通过多种方式完成，并且可以使用其它电路，而不脱离这里公开的原理。例如，从可测量电容112到附图1A中的接地的电路径(当预定电压未施加而允许电荷分享时)包括串联的阻抗105和滤波电容110。由于阻抗105和滤波电容110串联并且应用阻抗叠加原理，因此对这种传感器100实施例的滤波电容110和阻抗105的相对位置可以互换，而不改变电荷转移过程和电路的操作。

[0033]为了允许可测量电容112与无源网络分享电荷，除了需要终止施加预定电压并暂停(也为“延迟”)足够的时间以允许电荷在可测量电容和滤波电容之间转移之外，不需要任何行动。事实是，例如对于附图1A所示的实施例，其中在可测量电容112和滤波电容110之间的电荷分享所需要的暂停时间由包括可测量电容112、无源阻抗105和滤波电容110的电路的时间常数确定。在各种实施例中，所需要的暂停时间可以是相对短的(例如，如果滤波电容110通过串联的小电阻连接到可测量电容112)。在其它实施例中，所需要的延迟可以更长，这样可能需要更长的暂停时间(例如，如果滤波电容110通过串联的更重要的无源阻抗105连接到可测量电容112)。在其它实施例中，允许电荷转移可以包括有源激励与控制器相关的一个或多个开关，以耦合外部的部件到无源网络和/或适当采取其它行动。在这样的实施例中，无源阻抗105可以被更小地制造。

[0034]在执行一个或多个电荷转移过程之后，其中该过程包括施加预定电压和允许可测量电容112与滤波电容110分享电荷，可以测量滤波电容110上的电荷示值。对于附图1A所示的实施例，可以将滤波电容110上的电荷示值通常视为节点115处的电压。还可以将滤波电容110上的电荷示值视为节点113处的电压，但是在那样的情况下必须计算跨过无源阻抗105的电压。然而，对于一些实施例及某些次数而言，跨过无源阻抗105的电压是可以忽略的；如果对于这些实施例以这些确定次数采取测量，那么节点113处的电压实质上等于节点115处的电压。例如，如果无源阻抗105是电阻，那么被忽略的电荷存储在无源阻抗105上；此外，如果可测量电容112和滤波电容110已完成分享，那么可忽略的电流流过无源阻抗105。在这样的情况下，跨过无源阻抗105的电压实际上为零。

[0035]通过利用与阈值的简单比较(例如利用比较器以产生一位测量值)或利用更复杂的电路(例如利用多位ADC以生成多位测量值)，可以实现滤波电容110上的电荷示值的测量。当阈值被用来产生一位测量值时，典型地采用多次测量以确定电荷示值超过这个阈值所需要的电荷转移过程的执行次数。这个所需的执行次数可以与已知值(例如阈值、滤波电容110中的数值等)一起使用来确定可测量电容112的值。当多位ADC被用来产生更高分辨率的测量值时，可以采取更少的测量(如果ADC提供足够的分辨率，那么仅仅一次测量可能就足够)，并且可以在采取测量之前预先确定执行的次数。多位ADC测量值与已知值和预先确定的次数一起使用以确定可测量电容112的值。在获得了确定可测量电容112的值的测量值之后，或如果滤波电容110利用不同的方法被重置，为了设计的方便，可以执行附加的电荷转移过程以将滤波电容110带到重置状态。这些附加的电荷转移过程可以对检测多个可测量电容特别有用。

[0036]如上所述，开关101、103可以由分开的、离散的开关或耦合到控制器的输出或输入/输出(I/O)的内部逻辑/电路实施。现在返回附图1B，示出了第二示例的电容传感器150。电容传感器150采用具有I/O 104和106的控制器102，以提供切换功能。I/O 104可以提供与附图1A的开关101相关的切换。I/O 106可以提供切换功能以重置滤波电容，但该效果不同于与开关103相关的效果。在附图1B的实施例的情况下，I/O 106被用来提供参考电压，如开关103所做的，但是由于节点107耦合到典型不是由I/O 106提供的电压，因此滤波电容110被重置以在滤波电容110上具有一定数量的非零电荷。控制器的数字I/O典型能够切换地应用一个或多个逻辑值和/或“高阻抗”或“开路”值。逻辑值可以是任意适当的电压或其它信号。例如，逻辑“高”或“1”值可以对应于“高”电压(例如，+V_cc，其对于一些控制器可以是+5伏等)，而逻辑“低”或“0”值可以对应于相对“低”的电压(例如，接地或0V)。这样，利用I/O 104、106选择和施加的特定信号可以依据所选的具体控制器102随实施例而明显改变。这样，采用控制器I/O的这些实施例的一个优点是仅利用与传统控制器102例如微控制器、数字信号处理器、微处理器、可编程逻辑阵列、专用集成电路和/或等结合的无源元件(例如，无源电阻105、滤波电容110)可以容易地实施非常灵活的电容传感器150。可以容易地从其中包括Microchip Technologies ofChandler，Arizona；Freescale Semiconductor of Austin，Texas和Texas Instrumentsof Dallas，Texas的各个商源获得许多这些控制器产品。

[0037]进一步，在一些实施例中，控制器102包括数字存储器(例如静态，动态或快速随机存储器)，其可以被用来存储用于为这里包含的各种电容传感器执行各种电荷转移过程程序的数据和指令。因为阻抗105和滤波电容110是静态连接，所以仅需要在传感器操作期间发生的实际行动包括I/O 104和106处的信号电平的处理。这样的处理可以响应于控制器102中包含的软件、固件、配置或其它指令而发生。

[0038]在一些实施例中，滤波电容110耦合到实际上恒定的电压，例如附图1A中所示的节点107处的接地。在其它实施例中，滤波电容110耦合到可变电压，其提高了电容检测的性能，例如附图1B所示。附图1B中所示的示例实施例包括这样的可选补偿电路125，其为电源电压中的波动补偿电容传感器150，从而为电源电压噪声效应提供改良的电阻。补偿电路125典型耦合滤波电容110相对可测量电容112的一侧到与电容传感器150的实施相关的电源线之一或两者(在附图1B中示出耦合到+V_cc和接地)。尽管附图1B示出仅补偿一个滤波电容110的补偿电路125，但是相同的补偿电路可以在节点107耦合到多个滤波电容110。这样，补偿电路125可以容易被用来补偿具有多个检测通道和多个滤波电容的传感器。通过附图1B所示的配置，电源线中的波动(也为“电源电压波动”)导致节点107处相似的电压波动，从而被用来补偿与控制器102相关的由同一电源电压波动导致的阈值中的波动。

[0039]附图1B中所示的示例补偿电路125包括两个阻抗127和129，所述阻抗127和129被构造在两个电源电压+V_cc和接地之间的阻抗分压器的设置中。阻抗分压器包括两个串联的无源阻抗，其中每个无源阻抗耦合到至少两个节点。这些节点之一对于两个阻抗是公共的(两个阻抗连接的“公共节点”)。公共节点用作阻抗分压器的输出。阻抗分压器的输出用作随时间施加到“非共用”节点上(不是公共节点的两个阻抗的节点)的电压和/或电流。阻抗分压器的一个简单的示例是分压器，其包括两个电容或两个电阻。更复杂的阻抗分压器可以具有串联或并联的不匹配的电容、电阻或电感。阻抗还可以具有电容、电阻和电感特性的任意组合。

[0040]对于附图1B所示的补偿电路125，阻抗分压器可以是分压器，其由耦合到+V_cc和接地的两个电阻或两个电容形成。电路125的阻抗分压器具有在节点107耦合到滤波电容110的“公共节点”。阻抗127和129的电阻形式可以包括电阻器以形成电阻分压器网络，而阻抗127和129的电容形式可以包括电容器以形成电容分压器网络。通过选择用于阻抗127和129的适当值，滤波电容110可以向位于两个电源电压之间的任意电压被偏置。此外，电源电压的变化将自动由补偿电路125补偿。这是因为这样的分压器提供没有明显延迟地反应电源电压波动的电压。尽管有利于一些实施例，但是补偿电路125的使用在所有实施例中可能不是理想的。

[0041]附图1D示出了另一个传感器电路195，其说明耦合滤波电容到可变电压的另一个方法，其提高了电容检测的性能。在电路195中，通过使用组合的滤波电容110实现电压补偿，该组合的滤波电容由静态耦合到两个电源线的电容阻抗分压器形成。这种组合的滤波电容110包括静态耦合到第一电源线(在附图1D中示出+V_cc)的第一滤波电容1102和静态耦合到另一个电源线(在附图1D示出GND)的第二滤波电容1104。第一和第二滤波电容1102和1104彼此耦合到它们的公共节点，其也就是节点115。节点115进一步耦合到无源阻抗105和I/O106。无源阻抗105还在节点113处耦合到I/O104和可测量电容112。总之，电路195的配置非常类似于电路150的配置(附图1B)，但没有补偿电路125；然而，电路195具有耦合到两个电源线的分开的滤波电容。

[0042]电路195的操作可以非常类似于电路150的操作。I/O 104可以通过提供逻辑值(例如逻辑“高”)施加预定电压到可测量电容112。I/O 104然后可以持续高阻抗以允许在可测量电容112和组合滤波电容110的两个电容1102-1104之间的电荷分享。I/O 106(或一些其它电路)可以被用来测量节点115处的电压，其还由电容1102-1104上总电荷的示值表示组合滤波电容110上的电荷。I/O 106可以提供重置信号(例如逻辑“低”)以在已执行适当次数的电荷转移过程之后重置两个电容1102-1104上的电荷。通过附图1D所示的配置，电源线上的波动导致组合滤波电容110的参考电压(对于电容1102的+V_cc和对于电容1104的GND)的类似波动。因此，电路195的实施例可以补偿与控制器102相关的由同一电源电压波动导致的阈值波动。

[0043]由于电路195通过利用滤波电容实现补偿，因此当传感器仅需要一个或两个滤波电容时，它就相比于具有更少部件的补偿电路125具有优点。在许多情况下，电路195所示的补偿可以通过由共用同一滤波电容的多个检测通道来分享(例如附图4C的电路440，下面将描述)。然而，附图1D所示的分开滤波电容的方法比附图1B的补偿电路125更难于通过多个检测通道分享，这是因为分享补偿将分享滤波电容。

[0044]参考附图2A，示出示例的时序方案200，其适于操作附图1B的电容传感器150。特别是，附图2A示出与I/O 104和106相关的和在节点113和115处的电压。轨迹230示出充电电压脉冲210的一组示例，其可以利用I/O 104被提供给可测量电容112。充电电压脉冲210包括逻辑低(0)的输出部分209和逻辑高(1)的输出部分201。在附图1B、2A所示的实施例中，逻辑高的输出部分通过节点113施加预定电压到可测量电容112，这样预定电压是与逻辑高的输出相关的电压(其对于典型控制器102是+V_cc)。这样，利用适当的开关(例如通过控制器102内部的电路，其在附图1B中的I/O 104上产生适当的信号输出)施加预定电压。充电电压脉冲210的逻辑高部分201通常被选择以具有短于包括阻抗105和滤波电容110的RC电路的响应时间的周期，这样可以忽略在施加预定电压期间对滤波电容110的任意电荷泄漏。

[0045]在附图2A所示的实施例中，充电电压脉冲210还包括相对短的逻辑低输出部分209(其对于典型控制器102是GND，尽管其它控制器可以输出其它逻辑值)。逻辑低输出部分209提供“反向”电压，其在施加预定电压的逻辑高输出部分201之前。“反向”电压具有与预定电压相反的幅值并有助于通过“电流抵消”补偿电荷转移过程期间通过阻抗105的电流泄漏。选择逻辑输出部分209的持续时间，这样由驱动反向电压去除的寄生电荷的数量通常等于由施加预定电压增加的寄生电荷的数量。在附图2A的充电脉冲210中，“反向”电压被施加大约与施加预定电压相同的周期。这样的“电流抵消”是可选择特征，其在所有实施例中不是必需的。

[0046]附图2A中的轨迹232示出了重置信号220的一组示例，其可以通过I/O106提供。这些重置信号220可以在节点115提供重置电压到滤波电容110以重置滤波电容110上的电荷。重置信号220通过开关提供给节点115(例如通过控制器102内部的电路，其在附图1B中的I/O 106上产生适当的信号输出)。在附图2A的所示示例中，重置信号220包括低电压输出，其重置滤波电容110上包含的电荷。这个重置信号可以周期地、非周期地或其它方式提供和/或可以在一些实施例中根本不提供，如下面更充分的描述。例如，特定的重置信号220可以在节点115处的电压(其是滤波电容110上电荷的示值)超过阈值之后施加到节点115；这在时序图200中由节点115处的电压(由轨迹236示出)超过阈值电压V_TH之后提供的重置信号220A-C示出。

[0047]在施加充电电压脉冲210之间，可测量电容112被允许通过保持I/O 104到高阻抗状态(Z)与滤波电容110分享电荷。时序图200的实施例示出由逻辑高施加的预定电压，这样可测量电容112在施加预定电压期间充电而在电荷分享期间通过阻抗105放电到滤波电容110。附图2A示出节点113处的电压的示例电压轨迹234，其示出每个充电电压脉冲210在节点113处的电压结果。特别是，电压轨迹234示出充电脉冲210的每个反向电压部分209如何驱动可测量电容112上的电压到反向电压(如附图2A中示出的接地)，充电脉冲的每个预定电压部分201如何驱动可测量电容112上的电压到预定电压(如附图2A中示出为+V_cc)，和可测量电容112和滤波电容110之间的电荷分享如何使可测量电容112上的电压(节点113处)和滤波电容110上的电压(节点115处)彼此接近。这样，电压轨迹234示出当每个充电电压脉冲210通过施加接地到节点113去除电荷并通过施加+V_cc对可测量电容112充电时的结果和当可测量电容112与滤波电容110分享电荷时的结果。

[0048]滤波电容110上的结果电压(即，对于附图1B，2A所示的实施例为节点115处的电压)在附图2A示作电压轨迹236。电压轨迹236响应于“电流抵消”中的反向电压和预定电压的驱动呈现微小的下降和上升。电压轨迹236还示出当滤波电容110上的电荷通过执行电荷转移过程与可测量电容112分享时节点115处的电压的逐步增加。

[0049]电压轨迹234和236均示出了可测量电容112如何利用每个施加的预定电压相对快速地充电，同时可测量电容112或滤波电容110和形成无源网络的无源阻抗105的相对大的时间常数导致滤波电容110相对慢的放电。典型地，分享时间期间被限定尺寸到足够长以使节点113和115处的电压大致相等，这样仍在可测量电容112和滤波电容110之间流动的任意电流可以被忽略。

[0050]几种不同的方法可以被用来根据滤波电容110上的电压确定可测量电容112。在一种方法中，节点115处的电压与适当的阈值电压(V_TH)相比，以提供滤波电容110上电压的一位模数(A/D)转换。(如前所述，节点113处的电压还可以被用作滤波电容110上电荷的示值，并且可以利用I/O 104测得。然而，对于这个例子，采用了节点115处的电压。)这个电压比较可以由耦合到节点115的比较器执行。例如，附图1B的控制器102可以包括耦合到I/O 106的模拟电压比较器功能。可替换地，比较器功能可以由常规数字I/O引脚106的输入电路执行，在这种情况下，阈值V_TH典型是数字输入缓冲器的预定阈值(例如CMOS阈值)。这样I/O 106可以被用来比较节点115处的电压和阈值电压，这样获得滤波电容110上的电荷的示值。在一个实施例中，这个阈值电压大致等于高和低逻辑值之间的中间点。

[0051]附图1B、2A中所示的实施例可以采用这种比较器型方法，并且时序图200示出这种方法，用虚线V_TH表示阈值电压电平V_TH和用点222表示I/O 106读取次数。如轨迹236中所示，施加充电脉冲210到可测量电容112和允许由可测量电容112与滤波电容110分享电荷的电荷转移过程重复直到检测到节点115处的电压超过阈值电压V_TH。控制器102的I/O 106具有输入功能，并且可以被读取以通过比较它和I/O 106的输入阈值来测量节点115处的电压。这种测量和确定滤波电容110上的电压可以发生在一些或所有电荷转移过程的执行中。附图2A中的时序图200示出点222A-D处的I/O 106的读数，其仅包括一些电荷转移过程的执行。

[0052]在节点115处的电压超过阈值之后(该阈值由轨迹236上的点203A、B表示，并在由系统通过I/O 106在点222B、D处的读数检测到阈值的这个交叉点之后)，重置信号220B、C被施加到节点115以重置滤波电容110上的电荷。尽管有时仅需要执行一次电荷转移过程以穿过阈值，但是典型地包括执行几十或几百或更多次电荷转移过程。为了便于解释，时序图200示出仅在四次电荷转移过程执行之后被穿过的阈值。通过直到滤波电容110上的电压(即对于附图1B、2A所示的实施例为节点115处的电压)超过阈值电压V_TH，才确定执行电荷转移过程的数量，就可以有效确定可测量电容112的值。这就是，在电容110上生成已知数量的电荷(由穿过已知电压阈值V_TH的节点115处的电压表示)所执行的可测量电容112的充/放电循环的数量可以实际上与可测量电容112的实际电容相关。

[0053]如果适合，这种比较器型方法还可以通过控制器102内部和/或外部的任意电路组合来实施。还存在和考虑这种比较器型方法的许多变型。例如，可以利用用于一个或多个比较器的多个参考电压，利用控制器102的指定输入或利用具有滞后的控制器的输入(例如施密特触发型输入)提供多个阈值。如果使用多个阈值，那么当达到不同阈值时还可以改变电荷转移过程。例如，如果阈值不是均匀间隔，电荷转移过程可以被构造成转移相对更多数量的电荷以达到粗略的阈值，或如果有多个阈值都必须穿过，则达到第一阈值。穿过最后交叉的阈值所需的每种电荷转移过程的执行次数可以被用来确定可测量电容112的值；关于其它阈值交叉点的附加信息还可以被用来改进该确定。

[0054]在其它实施例中，确定可测量电容值的可替换方法被采用。在另一种方法中，节点115处电压的多位直接测量可以采用并用来确定可测量电容112的电容。例如，控制器102包括高分辨率的模数功能，其允许电压115的更精确测量。在这样的实施例中，执行预定次数的电荷转移过程，在其后测量节点115处的电压的多位值。在测量和预定次数之后，滤波电容110上的电荷可以被重置用于电荷转移过程的下一个执行循环。

[0055]附图1B、2A所示的实施例可以采用这种多位方法，并且附图2A中的时序图200示出这种方法。忽略电压阈值V_TH线和读取点222A、C，电压轨迹236将四表示为电荷转移过程的预定执行次数并示出在点205A-B处的四次电荷转移过程执行之后节点115处的电压测量值。如在比较器型方法中，采用控制器102的内部和/或外部电路的任意组合来完成多位的测量。例如，如果I/O 106具有多位输入功能，那么它可以被直接使用。可替换地，102的另一个输入，具有ADC性能的另一个控制器，或外部ADC或其它电路可以耦合到控制器102并用于测量。然后根据滤波电容110上测量的电压(对于附图1B所示的实施例为节点115的电压)确定可测量电容112的值。

[0056]存在并且预想这种ADC型的方法的各种变型。例如，在滤波电容110的重置之间执行的一组电荷转移过程中进行多次多位测量。作为另一个示例，电荷转移过程的执行次数不必预先设定，这样跟踪电荷转移过程执行的次数和节点115处的电压以产生可测量电容112的值。

[0057]可以采用其它的方法来根据滤波电容110处的电压确定可测量电容112，以及附图2B示出可导致的滤波电容110上的一些示例电压轨迹(例如节点115处的电压)。例如，一种方法需要执行预先设定次数的电荷转移过程，然后利用电流源(轨迹252)或具有已知时间响应例如一阶响应(轨迹254)的放电电路从滤波电容110移动电荷。滤波电容110上的电荷降到已知值例如零所需的时间可以被监控和量化以产生滤波电容110上的电荷示值的一位或多位测量值。这种测量值可以与预先设定次数一起使用以确定可测量电容112的值。通过这样的方法，在测量之后滤波电容110可以留在已知值，这样就不需要施加分开的重置信号。

[0058]在附图1A-B、2中所示的基本结构和操作可以进行许多变化。例如，附图2A所示的时序图200假设从可测量电容112到滤波电容110为电荷的“正”转移，而等效实施例可以基于相反方向上的电荷分享。(这就是，在重置期间电荷可以放置在滤波电容110上，并且分享期间这种电荷通过阻抗105去除和移动到可测量电容112。这可以通过施加高重置电压到节点115，然后利用施加低预定电压到可测量电容112的充电脉冲210来实现，这样可测量电容112和滤波电容110之间的分享使滤波电容110放电并降低了节点115处的电压。)轨迹256、258和260示出了滤波电容上的示例电压，其可以在实施例中利用电荷的这种“负”转移观察到。轨迹256示出滤波电容重置时存在可忽略的延迟时的示例系统的响应；可以在直接由可忽略的耦合电阻重置的系统中观察到这样的响应。轨迹258示出当在重置滤波电容时施加类似于一阶RC或L/R响应的时间响应时示例系统的响应；可以在利用RC或L/R电路重置的系统中观察到这样的响应。轨迹260示出示例系统的响应，其在滤波电容重置时具有大致线性的时间响应；这样的响应可以在通过驱动电流源一定时间而重置的系统中观察到。这里描述用来确定作为滤波电容110上的电荷示值的函数的可测量电容112和执行电荷转移过程的次数的各种其它的技术。

[0059]例如，可以表述许多等效的技术。参考附图3A，可替换的时序图300示出附图1B所示的电路，该电路实施“振荡器”型方法，其具有两个不同的预定电压以对可测量电容112充电和两个阈值电压以确定可测量电容112。时序图300的电压轨迹310以成组的相反的“正”充电脉冲311和“负”充电脉冲312的形式施加充电脉冲310。特别是，时序图300示出第一组电荷转移过程，其在第一时间周期301期间施加“正”充电脉冲311(这样施加高预定电压)；时序图300还示出另一组电荷转移过程，其在第二时间周期302期间施加“负”充电脉冲312(这样施加低预定电压)。附图3A示出节点113处的结果电压的示例电压轨迹303。电压轨迹303示出一组充电脉冲311、312在节点113处的结果电压。特别是，电压轨迹303示出每个更高的充电电压脉冲311如何对可测量电容112充电和由此置于可测量电容112上的电荷在与滤波电容110分享时如何被放电。电压轨迹303此外示出每个更低的充电电压脉冲312如何对可测量电容112放电和由此可测量电容在被允许与滤波电容110分享时如何对滤波电容110放电。滤波电容110上的结果电压(即对于附图1B、3A所示的实施例为节点115处的电压)由电压轨迹306示出。尽管时序图300示出大致镜像另一组电荷转移过程的第一组电荷转移过程，但是两个电荷转移过程不需要如此相似。例如，持续时间、频率和/或电压幅值可以不同。

[0060]在这个示例中，在第一时间周期301期间，“正”充电脉冲311被施加到可测量电容112，这样允许可测量电容112与滤波电容110分享电荷，在节点115处对滤波电容110充电。这导致节点115上的电压上升。在时间315处，节点115处的电压经过第一阈值电压V_TH1，其由点330C指示的时间处发生的测量检测。即刻之后，在第二时间周期302期间，“负”充电脉冲312被施加到可测量电容112，这样允许可测量电容112与滤波电容110分享电荷，对滤波电容110放电。这导致节点115上的电压下降。在时间317处，节点117处的电压经过第二阈值电压V_TH2，其由点330E指示的时间处发生的测量检测。在附图1B、3A所示的实施例中，测量两个阈值电压V_TH1和V_TH2的交叉点并将其与电荷转移过程执行的次数一起使用来确定可测量电容112的值。

[0061]在周期301和302之后，可以发生具有“正”充电和“负”充电的附加周期，其中在一个时间周期期间对滤波电容110充电并在另一个期间对其放电。通过它的“正”和“负”充电循环，这个振荡器实施例不需要如上所述的分开的重置信号。这是因为发生在滤波电容110上的电压波形变化的幅值和速率(执行每个电荷转移过程的电压变化量)与滤波电容110上的起始电压无关(假设没有达到饱和分量和电源线)并且是电荷转移过程中使用的可测量电容112的示值。更大的可测量电容112的值意味着电压阈值V_TH1和V_TH2将与电荷转移过程的更少的执行交叉，并且更小的可测量电容112的值意味着电压阈值V_TH1和V_TH2将与电荷转移过程的更多的执行交叉。因此，在穿过阈值之后和开始一组电荷转移过程之前，不需要重置滤波电容110或另外置于已知的状态。

[0062]类似地，“正”和“负”充电循环还意味着在穿过阈值电压之后可以执行附加的电荷转移过程而不会有害地影响传感器的性能，即使没有发生滤波电容重置。考虑这个，具有多个并行驱动的检测通道的传感器(即，通过同步电荷转移循环)将优选“超时运行”检测通道，并持续执行穿过它们各个阈值的交叉点所需的附加电荷转移循环。具有多个彼此物理靠近的检测通道的传感器优选地经历彼此类似的电状态以将噪声最小化。例如，当检测电极呈现相似的电压时降低了不同检测通道的检测电极之间的任何寄生耦合的影响。如果这些检测电极之一由电荷转移过程驱动而另一个不是，那么它们可以“串扰”并降低传感器的性能；然而，如果这些检测电极中的两个驱动到相似的电压(比如说，由类似的电荷转移过程同步操作)，那么减少了“串扰”。驱动多个检测电极到相似的电压还有助于屏蔽检测电极不受外部干扰影响。因此，通过在所有的通道或不在通道上执行电荷转移过程，在这样的系统中驱动这些通道到相同的电压是有利的，而不管它们阈值交叉的相对时间。

[0063]因此，即使本发明的电路可以被驱动，这样基于采用的阈值电压(例如附图3A的实施例的情况下的V_TH1、V_TH2)交叉时结束电荷转移过程，那种操作方式在具有多个检测通道的许多实施例中也不是期望的。相反地，在多个检测通道系统中采用的阈值电压交叉后，可能优选持续执行电荷转移过程，其中在多个检测通道系统中同步或并行操作通道。然后电荷转移过程的总执行次数可以基于多个检测通道的时间最后(last-in-time)的滤波电容何时穿过它的阈值。电荷转移过程的总数量还可以预先选择足够的数量以使多个检测通道的时间最后的滤波电容(至少在大多数情况下)已穿过它的阈值。

[0064]然而，可以注意到，在一些实施例中，重置信号可以施加到相反的充电脉冲组之间。例如，滤波电容110可以重置为高以在节点115处的电压穿过更高的阈值V_TH1之后，在节点115处产生高电压，并且滤波电容110可以重置为低，以在节点115处的电压穿过更低的阈值电压V_TH2之后，在节点115处产生低电压。附图3B中的轨迹352示出滤波电容110上的电压，用于采用两个重置电压和两个阈值电压的示例系统。尽管轨迹352示出没有“过运行”的电荷转移过程穿过阈值V_TH1或V_TH2，但是其它实施例可以具有这样的“过运行”过程。

[0065]施加重置信号还可以改变“振荡器”实施例。例如，当两种类型的重置信号被用来重置为高和重置为低时，可以仅利用一个阈值电压V_TH实现“振荡器”。附图3B中的轨迹354示出滤波电容110上的电压，用于采用两个重置电压和一个阈值电压的示例系统。在具有“负”充电脉冲311的电荷转移过程的周期355足以降低穿过阈值电压V_TH的滤波电容110上的电压之后，重置为低的信号可以被施加以将滤波电容110上的电压设定到低于V_TH的低重置电压。然后，具有“正”充电脉冲312的电荷转移过程的周期357可以被施加直到检测到滤波电容110上的电压再次穿过阈值电压V_TH，尽管这时以相反的方式穿过V_TH。尽管轨迹354示出没有“过运行”电荷转移过程穿过阈值V_TH1或V_TH2，但是其它实施例可以具有这样的“过运行”过程。

[0066]返回由附图1B、3A示出的示例，在时间周期301期间执行电荷转移过程的次数和在时间周期302期间执行其它电荷转移过程的次数可以任意的方式确定。在各种实施例中，耦合到节点115的I/O106合并具有滞后的输入，例如施密特触发特性，其提供两个阈值/比较电压V_TH1和V_TH2。这样I/O106可以被用来在由附图3A的点330指示的时间读取节点115处的电压。当在这样的实施例中滤波电容110上的电压被检测到已穿过更高的阈值V_TH1(例如在点330C处)时，一组电荷转移过程可沿相反的方向被施加以降低滤波电容110上的电压。类似地，当滤波电容110上的电压被检测到已穿过更低的阈值V_TH2(例如在点330E处)时，另一组电荷转移过程可以沿相反的方向被施加以增加滤波电容110上的电压。如轨迹306所示，检测方案300在节点115处产生电压，其从正确的方向接近阈值，这样滞后输入例如施密特触发输入将在系统中正确运行并为电荷转移过程的周期提供适当的阈值。

[0067]可以采用类似于附图2A所示的“单斜坡(single-slope)”实施例的方法确定可测量电容的值。例如，对于附图3A所示的实施例，重复执行充电滤波电容110到阈值电压V_TH1和对滤波电容110放电到阈值电压V_TH2的电荷转移过程的次数可以被确定并用来量化可测量电容112的值。例如，充电和放电循环的总数(即，所执行的电荷转移过程的总数，包括执行两个电荷转移过程，而不管上充电(charge-up)或下充电(charge-down)效应)可以被跟踪并用来确定可测量电容112。作为另一个示例，充电循环的次数可以被跟踪并与放电循环的次数分开使用。可替换地，仅跟踪充电循环的次数或仅跟踪放电循环的次数，并将其用于确定可测量电容112；通过这样的实施例，未被跟踪和使用的那类充电转移过程可以被用作重置并具有低得多的分辨率。

[0068]可替换地，并还类似于附图2A所示的“单斜坡”实施例，附图3所示的实施例可以利用能够提供多位测量的部件测量滤波电容上的电荷的示值。例如，可测量电容112可以被提供固定次数的“正”充电脉冲311和“负”充电脉冲312，并且节点115处滤波电容110上的结果电压可以在每个周期(例如周期301，302)一次或多次地被数字化到多位值，以测量被转移的电荷数量，而不使用分开的阈值V_TH1和V_TH2。这些固定次数可以通过系统固定或是类似动态的，并且可以随循环而改变；例如，固定的次数可以在开始或结束电荷转移过程的循环之前被立刻设定。

[0069]可选择地，滤波电容110上的电荷可以在利用第一种电荷转移过程沿第一方向充电之后被“设定”为预相关值，并在利用第二种电荷转移过程沿第二方向充电之后被“重置”(即，设定到预相关值或另一值)。

[0070]在另一其它实施例中，执行电荷转移过程的预选次数与阈值的使用结合。这就是，充电和/或放电过程可以执行预定或预先设定次数的循环，但是其中滤波电容110上的电压穿过阈值电压的电荷转移过程被识别。例如附图3A示出十四个充电转移过程和六个测量330A-F，其中进行每次测量330A-F的时间由箭头示出。在所示的示例中，在每个充电或放电循环期间执行七个电荷转移过程和三个测量，即使正好在点330C示出的第三采样之前穿过阈值电压V_TH1和正好在点330E示出的第二采样之前穿过阈值V_TH2。仍然执行第三采样，如点330F所示，并且仍然执行第七电荷转移过程，即使第二采样示出节点115处的电压已穿过阈值V_TH2。这种附加的采样如330F的执行是可替换的。然而，这样的附加采样可以提供额外的优点，特别是当采用通用滤波电容110测量多个检测通道时，其中通道之间的倾斜方向相对恒定，即使被测电容可以随通道而改变。这样的实施例还可以提供其它的优点，例如增强抑制已被穿过的阈值电压的不正确读数。如上所述，附加电荷转移过程的执行也是可替换的，但在具有彼此实际接近的检测通道和并行(同步)运行这些检测通道的系统中是特别有利的。

[0071]还可以注意到，示出测量330A-F，在每个时间周期301、302的后部期间当滤波电容110上的电压已穿过所采用的阈值的可能性更大时进行该测量，而在每个时间周期301、302的较前部期间当这种可能性低时不进行该测量。通过这样的方法，充电脉冲311和312的计时可以更快，并且在不测量滤波电容110上的电压的时间期间脉冲更频繁。对于这样的性能，可以移除至少与测量相关的时间。

[0072]附图3A示出这种附加的可替换特征，其中用来充电和放电可测量电容112的脉冲311、312不需要相等时间间隔，并且在周期301、302更早的期间更频繁。如附图3A所示，最初施加到可测量电容112的充电和放电脉冲被施加得相当快速以加快检测过程，而后来施加脉冲更慢以确保完全分享可测量电容上的电荷和正确测量的足够时间。在其它实施例中，适当地，测量周期可以比非测量周期更快。更早描述的这种特征和其它特征不限于附图3A所示的双向充电方案，并且确实还可以被结合到上述任意的其它充电技术中。

[0073]充电和放电脉冲311、312(或任意其它充电脉冲)还可以由于其它原因而随时间改变，并且它们不需要相等时间间隔或持续时间相等。在许多实施例中，由于随时间的改变容易被许多这里所描述的实施例容许，因此控制器102可以实质上在电荷转移过程或确定步骤的任一点上处理中断或其它干扰。这在采样时间超过设定的时间常数时特别正确。可替换地，有意识地改变脉冲的时间间隔可以扩展采样的频谱以提高对耦合到可测量电容的窄带干扰的抗干扰性。

[0074]如上所述，这里所描述的许多实施例可以利用商业上可获得的部件例如传统的集成电路和离散电阻和/或电容容易实现。由于这种简单性，许多设计容易适于部件和/或I/O分享，例如附图1C中所示。这种分享原理可以在许多附加的检测通道中采用以生成能够利用单个控制器102有效检测多个电容112的传感器。这可以大大降低整个系统的成本和尺寸。的确，可以形成各种技术用来在无源网络内通过可替换实施例的宽阵列分享控制器102上的检测引脚和/或任意离散部件。

[0075]在附图1C示出的这个实施例中，电容传感器175包括两个无源阻抗105A-B，每个无源阻抗105A-B在各自的节点113A-B处耦合到各自的可测量电容112A-B和各自的I/O 104A-B。滤波电容110在节点115A处耦合到I/O 106A和阻抗105A，并且在节点115B处滤波电容110耦合到I/O 106B和阻抗105B。这样电容传感器175以下面方式实施：其中在两个可测量电容112A-B之间分享滤波电容110。在操作中，分别通过可测量电容112A-B执行电荷转移过程和确定。例如，当可测量电容112A在电荷转移过程中是有源的时，I/O 106B可以被驱动到参考电压(例如电源电压)并且可测量电容112A、I/O 104A和106A、无源阻抗105A和滤波电容110可以类似用作附图1B中所示的模拟部件(例如分别是可测量电容112、I/O104和106、无源阻抗105和滤波电容110)。类似地，当可测量电容112B在电荷转移过程中是有源的时，I/O、106A可以被驱动到参考电压(例如电源电压)并且可测量电容112B、I/O、104B和106B、无源阻抗105B和滤波电容110可以类似用作附图1B中所示的模拟部件。

[0076]通过在通用控制器102上实施多检测通道，可以实现若干效率。经常地，可以容易地在标准的印刷电路板(PCB)上形成用来提供可测量电容112的检测电极，这样这些元件的复制品在制造方面上是相对便宜的。在希望可测量电容112相对较小的情况下，则滤波电容110还可以在PCB上制造。此外，可以在PCB上不形成或形成一个或多个电阻、电容和电感，以提供用在无源阻抗105或在别处包括无源阻抗105和滤波电容110的无源网络中的阻抗。因此，许多这里所描述的各种特征可以容易地采用传统的制造技术和结构实施。然而，在一些情况下，例如滤波电容110、无源阻抗105和其它阻抗的部件可以足够大以保证许多实施例中的离散部件。在那些情况下，这些部件(例如滤波电容110)可以由一个或多个离散电容、电阻、电感和/或其它离散部件实现。

[0077]此外，所需的I/O总数量和无源网络中的部件数量甚至可以通过任意类型的时间、频率、编码或其它多路复用技术进一步降低。以各种模式设置检测电极还允许设计许多不同类型的传感器布置(包括多维布置，其用在一维、两维或多维触感传感器中)。可替换地，多个“按键“式接触传感器可以容易地利用各种检测通道或可以生成的任意数量的其它传感器布置检测。

[0078]附图4A示出电容传感器400的可替换实施例，其在控制器102中为每个可测量电容112仅采用一个I/O。通过为每个可测量电容仅采用一个I/O，这个实施例允许在I/O使用率的方面更有效地实施电容传感器，并且对多检测通道的实施特别有用。这样，具有20个检测电极的临近传感器可以利用控制器102上的20个I/O实施。在这个实施例中，单个的I/O被用来施加预定电压到它的相应可测量电容112(例如，I/O 404A与可测量电容112A相关，并且I/O 404B与可测量电容112B相关)，读取它的相应滤波电容110A-B上的电压，并且还重置它的相应滤波电容110A-B上的电荷。附图5的时序图示出附图4A的单个代表性I/O引脚404的运行。当存在多个引脚例如I/O 404A-B时，可以一次运行一个引脚或同步运行。附图5示出类似于附图2A运行附图1B的电路的方式的运行方法。类似于那些附图2B或附图3A-B的方法的方法也可以用来运行附图4A的电路(未示出)。如附图5的轨迹510所示，I/O 404的输出包括充电脉冲501，其施加预定电压到可测量电容112。在充电脉冲501之间，I/O 404被设为高阻抗状态，这样可测量电容112被允许通过阻抗105与滤波电容110分享电荷。在重置时间503处，I/O 404被设定为低电压以重置滤波电容110。因为滤波电容110必须通过无源阻抗105被重置，因此必须使用相对长的重置周期。电压轨迹502示出每次执行电荷转移过程如何影响节点113处的电压，该电荷转移过程包括充电电压脉冲501和在可测量电容112与滤波电容110之间的电荷分享。节点113处的电压可以被用作滤波电容110上的电荷的示值并用来确定被测量的电容112。

[0079]应当注意到，在附图4A所示的实施例中，节点115处的电压不能直接测量，这是因为那些节点不是直接耦合到控制器102的I/O。这样，在这个实施例中，通过测量节点113上的结果电压可确定可测量电容112。类似于上述的替换方案，在一个实施例中，节点113处的电压可以与阈值电压V_TH比较。如果合适，可以选择这个阈值电压V_TH以说明节点113而不是节点115处的测量位置，例如当通过无源阻抗105的压降可以被预测和补偿时。可替换地，可以由确定可测量电容112所执行的计算实现补偿估算的压降。此外，如上所述，在一些实施例中和以一定次数，节点113处的电压可以基本上等于节点115处的电压，这样不存在测量差并不需要考虑。通过这样的实施例，由于在至少电荷转移过程的至少一部分期间节点113处的电压与节点115处的电压的差值，因此希望选择确定的时间，在其处节点113处的电压跟踪节点115处的电压。

[0080]在充电循环的最后(例如，在节点113处的电压超过阈值电压V_TH之后，如附图5所示)，I/O 404施加适当的重置电压以重置滤波电容110上的电荷。在附图4A和附图5的实施例中，例如，I/O最初施加逻辑“高”脉冲以提供正电荷到可测量电容，然后与滤波电容110分享，并且然后通过驱动逻辑“低”或“接地”足够的时间周期，以通过无源阻抗105对滤波电容110放电，来重置滤波电容110。可以预想可替换方案。还有，可以制定其它符号规约或运行的等效方法。作为另一个可替换示例，可测量电容112可以被充电或放电，用于执行预先设定次数的电荷转移过程，通过在执行预先设定次数之后测量滤波电容110上的电压作为多位值而不是与阈值相比的一位值。在进一步其它实施例中，可以采用类似于附图3A所示的双向充电应用。

[0081]附图4B示出具有电容传感器420的另一个实施例。附图4B的这个实施例进一步允许降低所使用的部件数和I/O，这样阻抗105和滤波电容110在对应于I/O 404A和I/O 404B的两个检测通道之间分享。在这个实施例中，电荷转移过程可以通过提供来自I/O 404A的充电脉冲来施加预定电压，利用可测量电容112A来执行，同时I/O 404B被设定为参考值(例如I/O 404B可以被设为接地，同时正电压脉冲+V_cc被提供在I/O 404A上，或反之亦然，I/O 404B被设定为+V_cc而接地的负电压脉冲被提供在I/O 404A上。其它适合的电压例如-V_cc或这些电压的任意分开形式也可以被使用)。然后电荷可以被允许通过停止施加预定电压并保持I/O 404A为高阻抗状态同时维持I/O 404B为同一参考电压来分享。在执行这个电荷转移过程一次或多次之后，然后可以由I/O 404A利用任意上述的技术读取节点113A处和滤波电容110上的结果电压。滤波电容110上的这个结果电压是滤波电容110上的电荷的示值，并可以与电荷转移过程的执行次数一起使用来生成可测量电容112的值。类似的电荷转移过程可以通过提供I/O 404B上的电压脉冲来施加预定电压同时保持I/O 404A在参考值(例如接地)，然后允许电荷在可测量电容112B和滤波电容110之间分享，利用可测量电容112B来执行。节点113B处的电压的一次或多次测量可以利用I/O 404B进行。这些测量和电荷转移过程的执行次数可以被用来生成可测量电容112B的值。

[0082]附图4C示出另一个电容传感器实施例440。在这个实施例中，滤波电容110在对应于I/O 404A和404B的两个检测通道之间分享。每个I/O 404A、404B耦合到可测量电容112A-B(分别)，并经过适当的各自的无源阻抗105A-B耦合到滤波电容110。传感器的运行将与附图4A所示的传感器400的运行类似(parallel)，除了传感器400和440的运行的区别在于传感器440的每个可测量电容112A-B将及时分别确定，而没有确实同时发生的电荷转移过程和测量的选项。也就是，具有附图4A的传感器的类似运行典型地比附图4C的传感器更方便；然而附图4C的传感器通过共用滤波电容110而少包括一个部件。对于电路440B，当可测量电容112A用在由I/O 404A驱动的电荷转移过程中时或当节点113A利用I/O 404A进行测量时，I/O 404B被保持在高阻抗，并且当可测量电容112B和I/O 404B被用在电荷转移中时或当节点113B利用I/O 404B进行测量时，I/O 404A被保持高阻抗状态。利用这样的方案所有可测量电容持续耦合到滤波电容可以降低传感器的性能(例如，一些电荷可能累积到无效的可测量电容上或无效的可测量电容可能耦合有附加的噪声)，这样的降低通常是可接受的并且经常是不引人注意的。在应用中，滤波电容110的值可以是系统测量的任意可测量电容值的千倍或更多倍，这样滤波电容将决定电荷累积并限定了节点115处的电压。附图4C中示出的传感器可以通过耦合节点115到控制器102上的附加I/O(未示出)来进一步变型。这个到附加I/O的附加耦合可以便于重置和测量滤波电容110。这个附加耦合还可以便于检测方法例如附图3B中示出的那些轨迹352、354，其中希望提供快速重置。附图4C中示出的传感器还可以通过耦合滤波电容110相对于节点115的一侧到控制器102上的附加I/O(未示出)而不是接地来进一步变型，。这个到附加I/O的附加耦合可以提供另一个检测通道，其可以被用来测量耦合到与节点115相对的那个节点的可测量电容(未示出)而没有任意更多的附加部件。可以存在和预想传感器440的许多其它变型。

[0083]上述的各种内容和技术可以通过许多方式得到进一步提高。例如附图6示出的示例实施例示出类似于附图4A的双通道、每个通道一个I/O的实施方式。在这个实施例中，至少部分地由多个传感器电极601A-B和靠近传感器电极601A-B的物体例如手指或触笔(未示出)限定了可测量电容。此外，这个实施例包括如上所述的补偿电路125。这个实施例还包括监护电极602，其用来防护传感器电极601受到不经意的电耦合。

[0084]在附图6所示的实施例中，单个检测电极601A-B被用来电容性地检测物体的存在并由此提供它们各自的可测量电容。在运行期间，利用低阻抗路径607在监护电极602上提供监护信号。该监护信号有助于屏蔽传感器电极与环境无意的耦合并在用来确定可测量电容的电荷转移过程期间有助于减少从监护电极602转移到滤波电容(例如110A-B)上的净电荷。在施加预定电压的部分期间，监护信号可以施加一电压到监护电极602，该电压近似等于施加的预定电压。然后，在有源检测电极(例如601A-B)与它的相关滤波电容(例如110A-B)之间分享电荷结束之前，监护信号的电压可以改变到近似等于相关滤波电容(例如110A-B)上的电压。如果选择恒定电压接近相关滤波电容上的电压(自滤波电容上的电压在电荷转移过程重复期间和电荷转移过程重复之间改变以来的近似值)，那么施加到监护信号602的电压可以变化到适当阈值电压(V_TH)和重置之后相关滤波电容上的电压之间的一个电压。监护信号的电压的绝对值不如监护信号的电压漂移(即电压变化)重要。例如，监护电极电压和检测电极电压之间的偏移量将不影响监护的有用性，自从通过电容进行电荷转移，电压漂移(即电压变化)是重要的而绝对电压值是不重要的。

[0085]监护信号的这些监护电压可以任意方式生成，例如通过连接监护电极602到任意类型的监护电压发生电路。在附图6所示的示例实施例中，基于控制器102的I/O 108施加的信号和为包括阻抗分压电路605的部件选择的类型和值，阻抗分压电路605适当地生成至少两个不同的电压值。特别是，可以使用由电阻分压器构成的阻抗分压器605。利用这样的分压器，如果来自I/O 608的信号为+V_cc或如果I/O 608被保持高阻抗，那么监护电压为+V_cc。可替换地，如果来自I/O 608的信号为GND，那么监护电压为V_cc的预定分数例如(+V_cc)/2。作为一个示例，监护信号的监护电压在应用预定电压和随后的分享期间施加充电脉冲之间改变。监护信号的监护电压还可以在电荷转移过程的重复之间改变，例如重置和可测量电容确定中使用的最后测量之间变化。为了设计的简易性、生产的简易性，更有效的监护信号等，可替换实施例可以利用一个或多个电阻、电感或电容实施阻抗分压电路。数模转换器、脉宽调制器等也可以被用来生成监护信号。这里所述的各种电荷转移检测技术(其耦合有简易的多通道集成)提供高度有效的监护信号应用。然而，监护是选择特征，其可以不在所有实施例中发现。

[0086]附图7的示例检测电路700示出多个检测电极，其提供通过多路复用器702连接到控制器102的多个可测量电容。在所示的实施例中，控制器102的两个I/O108、109被用来沿路径706、708提供选择信号到多路复用器702，其选择所希望的传感器电极601A-D和相关的可测量电容用来检测。这样，多路复用器702被用来选择哪个传感器电极601为它的相关可测量电容被测量。尽管严格来说，多路复用器702是有源装置，但是多路复用器702的存在不会影响由阻抗105和滤波电容110组成的无源网络的实际运转。这就是，不管在多路复用器702上选择哪个传感器电极601A-D，检测电路的运行总保持与上面所提供的描述一致。因此，“无源网络”的使用不完全排除使用无源网络外部和各种可替换实施例中的电容传感器的其它地方的一个或多个有源部件。

[0087]现在参考附图8，利用转换电荷转移技术检测可测量电容的示例技术800适当地包括主要步骤：执行电荷转移过程801两次或更多次(如重复步骤806)和随后确定可测量电容的值(步骤808)。如上所述，电荷转移过程801包括施加预定电压到可测量电容(步骤802)和允许可测量电容通过无源阻抗与滤波电容分享电荷，所述无源阻抗通过施加步骤(步骤802)和允许步骤(步骤804)保持耦合至可测量电容和滤波电容。在上下文中的“分享”电荷可以指有源切换，其与无源阻抗和可测量电容或滤波电容的耦合或去耦无关，而是指电荷转移，或被动地允许电荷通过阻抗经静止状态或其它不活动状态转移。电荷转移过程可以重复(步骤806)，并且可以重复一次、十次、百次、或更多次直至滤波电容上的电荷超过阈值电压，直至过程801已执行预定次数或依据任意其它方案。对于包括重置滤波电容的步骤的那些实施例，这个重置步骤可以插入到步骤802第一次重复之前。

[0088]通过执行适当次数的电荷转移过程，可测量电容的值被确定(步骤808)。尽管在执行适当次数的电荷转移过程之后仍可以执行附加的电荷转移过程，但是这些附加的电荷转移过程不用来确定可测量电容的值。如上所述，依据任意技术可以发生可测量电容的确定808。在各种实施例中，基于滤波电容上存在的电荷数量的示值，以及为了生成电荷数量的示值而执行电荷转移过程801的次数，可以作出确定。正如之前所述，执行那个过程801的特定次数可以预先设定，依据滤波电容上的穿过阈值电压的电压或如果合适由任意其它因素确定。

[0089]如果需要可以重复步骤802-808(步骤810)。例如，在具有多个传感器电极的临近传感器实施中，典型地每个电极对应于可测量电容。在这样的实施中，对应于每个传感器电极的可测量电容典型地每秒被确定多次。这提供了确定存在物体靠近临近传感器的能力，并且由此便于使用用户输入的装置。这样，可以高速重复该过程，每个传感器电极一秒。

[0090]可以任意方式执行过程800。在各种实施例中，过程800可以由存在于数字存储器例如位于控制器内或与控制器通信的存储器、或任意其它数字存储介质(例如光盘或磁盘，载波上传送的调制信号，和/或等等)中的软件或固件控制。还可以利用模拟电路、编程电路或如果适合的其它逻辑或它们的组合执行过程800和上述它的各种等效物和变型。

[0091]如上所述，用来确定电容的装置和方法特别适用在临近传感器装置中。现在转向附图9，示出耦合到临近传感器装置11的示例电子系统10的框图。电子系统10意味着表示任意类型的个人计算机、便携式计算机、工作站、个人数字助理、视频游戏机、通信装置(包括无线手机和信息装置)、媒介装置、该媒介装置包括录音机和唱机(包括电视、分线盒、音乐播放器、和视频播放器)或其它能够接收用户输入和处理信息的装置。因此，系统10的这种实施例可以包括任意类型的处理器、存储器或显示器。此外，系统10的元件可以通过总线、网络或其它有线或无线互连进行通信。临近传感器装置11可以通过任意类型的接口或连接来连接到系统10，包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF、IRDA或任意其它类型的有线或无线连接，这里列出几个非限制性示例。

[0092]临近传感器装置11包括控制器19和检测区域18。临近传感器装置11对检测区域18中的输入14(其可以由一个或多个手指，触笔和/或其它输入物体提供)的位置敏感，并且可以通过测量由输入14导致的最终电容变化来检测输入14。这里所使用的“检测区域”意味着广泛包括临近传感器装置11的上方、周围、内部和/或附近的任意空间，其中传感器能够检测物体的位置。在传统的实施例中，检测区域18从传感器的表面沿一个或多个方向延伸一距离到空间，直至信噪比阻止输入检测。这个距离可以是小于一毫米、多毫米、厘米或更长，并且可以随传感器设计和所希望的传感器性能(例如精确度或分辨率)明显变化。因此，特定检测区域18的平面性和曲率、尺寸、形状和精确位置将随实施例而大大改变。

[0093]在操作中，临近传感器装置11适当地通过测量由检测区域18内的一个或多个手指，触笔和/或其它物体影响的与多个检测电极相关的可测量电容来检测输入14的位置。并且，利用控制器19，临近传感器装置11提供位置的电标志或电子标志到电子系统10。该系统10适当地处理该标志以接收来自用户的用于任意适当目的的输入并生成任意适当的响应，如前所述。

[0094]临近传感器装置11可以采用离散电极，电极阵列或电容传感器电极的任意其它布置，以支持任意数量的检测区域18。临近传感器装置还可以在所提供的信息类型上变化，例如提供“一维”位置信息(例如沿检测区域)作为标量，“两维”位置信息(例如水平/垂直轴、角度/径向或跨越两维的任意其它轴)作为组合值、等等。

[0095]有时被称为临近传感器处理器或接触传感器控制器的控制器19，通常控制利用上述任意的各种技术来测量电容的过程。这里，控制器19还与电子系统10通信。控制器19可以执行多种附加的过程以实施临近传感器装置11。例如，控制器19可以选择或连接单个的可测量电容，基于可测量电容的值计算位置或运动信息，报告当达到阈值时的位置或运动，在将它报告到电子系统10或将它指示给用户或多种任意的不同过程之前解释和等待有效的轻叩/敲击/字符/按键/手势序列。

[0096]在本说明书中，术语“控制器”限定为包括一个或多个处理元件，其适于执行所述的运行。这样，控制器19可以包括一个或多个集成电路，固件代码，和/或软件代码的全部或一部分。

[0097]再者，如本申请中所使用的术语，术语“电子系统”广泛地表示任意类型的装置，其与临近传感器装置11通信。这样电子系统10可以包括任意类型的装置，接触传感器装置可以实施在该装置中或与该装置耦合。临近传感器装置11可以作为电子系统10的一部分实施，或利用任意适当的技术耦合到电子系统10。这样作为非限制性示例，电子系统10可以包括任意类型的计算装置、媒体播放器、通信装置，或另一个输入装置(例如另一个接触传感器装置或键盘)。在一些情况下，电子系统10本身是更大系统的外围设备。例如，电子系统10可以是数据输入或输出装置，例如远程控制或显示装置，其利用适当的有线或无线技术与计算机或媒体系统(例如电视的远程控制)通信。还可以注意到电子系统10的各种元件(处理器、存储器等)可以作为总系统的一部分，作为接触传感器装置的一部分，或作为其的组合来实施。此外，电子系统10可以是临近传感器装置11的主机或辅机。

[0098]还可以注意到，术语“临近传感器装置”意味着不仅包括传统的临近传感器装置，而且包括广范围的等效装置，其能够检测一个或多个手指、指示器、触笔和/或其它物体的位置。这样的装置可以包括但不限于接触屏、接触垫、接触板、生物鉴定装置、笔迹或字符识别装置等。类似地，这里所使用的术语“位置”或“物体位置”意味着广泛包括位置的绝对和相对信息、和还包括其它类型的空间域信息，例如速度、加速度等，包括沿一个或多个方向的运动测量。各种形式的位置信息还可以包括随时间的变化分量，如在手势识别等的情况下。因此，临近传感器装置可以适当地检测，而不仅仅检测物体的存在或不存在，并且可以包括广范围的等效物。

[0099]还可以理解的是，本发明的机构能够以各种形式作为程序产品分布。例如，本发明的机构可以作为计算机可读信号支持介质上的临近传感器程序实施和分布。此外，本发明的实施例同等应用，而不管用来执行分配的信号支持介质的特定类型。信号支持介质的示例包括：可记录介质例如存储卡、光盘和磁盘、硬盘驱动器和通信介质例如数字和模拟通信线路。

[00100]可以在这里所提出的结构和技术上进行各种其它的变型和增进而不脱离它们的基本教导。因此，提供用来检测和/或量化可测量电容的多种系统、装置和过程。虽然在前面的详细描述中已存在至少一个示例实施例，但是可以意识到存在大量的变型。这里所描述技术的各个步骤例如可以任意时间顺序执行，并且不限于这里所存在和/或要求监护的顺序。还可以意识到，这里所描述的示例实施例仅仅是示例，并且不意味着以任意方式限定本发明的范围、应用或配置。因此可以在元件的功能和布置上进行各种变化，而不脱离附加的权利要求书及其法律等效物提出的本发明的范围。

Claims (67)

1、一种用来测量可测量电容的方法，该方法包括步骤：

执行电荷转移过程等于至少为二的次数，其中电荷转移过程包括施加预定电压到可测量电容的步骤和允许可测量电容通过无源阻抗与滤波电容分享电荷的步骤，所述无源阻抗通过施加和允许步骤保持耦合至可测量电容和滤波电容；和

确定作为滤波电容上的电荷的示值和电荷转移过程的执行次数的函数的可测量电容的值。

2、权利要求1的方法，进一步包括补偿滤波电容上的电荷的示值以用于参考电压中的变化的步骤。

3、权利要求2的方法，其中补偿步骤包括将参考电压的至少一部分添加到滤波电容上的电压上。

4、权利要求3的方法，其中参考电压经阻抗网络耦合到滤波电容，以将参考电压的至少一部分加到滤波电容上的电压上。

5、权利要求4的方法，其中阻抗网络包括电容分压网络。

6、权利要求4的方法，其中阻抗网络包括电阻分压网络。

7、权利要求1的方法，进一步包括重置滤波电容上的电荷的步骤。

8、权利要求7的方法，其中重置步骤包括对滤波电容施加已知电压。

9、权利要求7的方法，其中可测量电容的值根据在重置步骤和当检测到滤波电容上的电荷的示值穿过阈值时之间执行电荷转移过程的次数来确定。

10、权利要求1的方法，其中滤波电容包括耦合到两个不同电源电压的阻抗分压器。

11、权利要求10的方法，其中阻抗分压器包括电容分压器。

12、权利要求1的方法，其中确定步骤包括获得滤波电容上的电压的多位测量值。

13、权利要求1的方法，其中确定步骤包括将滤波电容上的电荷的示值和阈值进行比较。

14、权利要求1的方法，进一步包括执行第二电荷转移过程至少等于一的第二次数的步骤，其中第二电荷转移过程包括施加相反的电压给可测量电容的步骤和允许可测量电容通过无源阻抗与滤波电容分享电荷的步骤，其中预定电压沿第一方向转移电荷，以及相反的电压沿与第一方向相反的第二方向转移电荷。

15、权利要求14的方法，进一步包括在执行电荷转移过程该次数之后设定滤波电容上的电荷的示值为第一值并在执行第二电荷转移过程第二次数之后设定滤波电容上的电荷的示值为第二值的步骤。

16、权利要求14的方法，其中确定步骤包括确定滤波电容上的电荷的示值穿过第一阈值所需要的第一电荷转移过程的执行次数和滤波电容上的电荷的示值穿过第二阈值所需要的第二电荷转移过程的执行次数之一。

17、权利要求14的方法，其中确定步骤包括：确定滤波电容上的电荷的示值穿过第一阈值所需要的第一电荷转移过程的执行次数并确定滤波电容上的电荷的示值穿过第二阈值所需要的第二电荷转移过程的执行次数，以及其中确定步骤包括确定滤波电容上的电荷的示值穿过第一阈值和第二阈值所需要的电荷和第二电荷转移过程的总执行次数。

18、权利要求14的方法，其中执行电荷转移过程至少直至滤波电容上的电荷的示值穿过第一阈值和执行第二电荷转移过程至少直至滤波电容上的电荷的示值穿过第二阈值，并且其中第一阈值和第二阈值相等。

19、权利要求18的方法，进一步包括步骤：

在执行电荷转移过程该次数之后设定滤波电容上的电荷为第一值；和

在执行第二电荷转移过程第二次数之后设定滤波电容上的电荷为不同于第一值的第二值。

20、权利要求14的方法，其中执行电荷转移过程至少直至滤波电容上的电荷的示值穿过第一阈值和执行第二电荷转移过程至少直至滤波电容上的电荷的示值穿过第二阈值，并且其中第一阈值不同于第二阈值。

21、权利要求20的方法，进一步包括步骤；

在执行电荷转移过程该次数之后重置滤波电容上的电荷到重置值；和

在执行第二电荷转移过程第二次数之后重置滤波电容上的电荷到该重置值。

22、权利要求1的方法，其中确定步骤包括利用控制器的数字输入阈值测量电压。

23、权利要求22的方法，其中数字输入具有滞后。

24、权利要求1的方法，其中确定步骤包括利用控制器的模数转换器测量电压。

25、权利要求1的方法，其中电荷转移过程进一步包括：

改变电荷转移过程的执行速度，以使在电荷转移过程的执行次数的第一部分期间与在电荷转移过程的执行次数的第二部分期间的执行速度是不同的；和

比较滤波电容上的电荷的示值和阈值，用于第二部分而不用于第一部分。

26、权利要求25的方法，其中第一部分的执行速度快于第二部分的执行速度。

27、权利要求1的方法，其中滤波电容上的电荷的示值是滤波电容上的电压。

28、权利要求1的方法，其中施加步骤包括利用开关耦合可测量电容到预定电压。

29、权利要求28的方法，其中该开关包括控制器的数字输出。

30、权利要求28的方法，其中该开关包括缓冲集成电路和晶体管之一。

31、权利要求1的方法，其中施加预定电压持续比包括无源阻抗的网络的响应时间短的时间周期。

32、权利要求1的方法，进一步包括提供监护信号的步骤，其被构造用来在电荷转移过程的至少一部分期间监护可测量电容。

33、权利要求32的方法，其中监护信号的电压在电荷转移过程期间改变。

34、权利要求32的方法，其中监护信号的电压实质上与施加和允许步骤的至少之一同时产生。

35、一种数字存储介质，其具有存储在其上的被构造执行权利要求1的方法的计算机可执行指令。

36、一种用来测量可测量电容的方法，该方法包括步骤：

施加预定电压到可测量电容；和

允许可测量电容与滤波电容通过无源阻抗分享电荷，其中通过施加和允许步骤使无源阻抗保持耦合到可测量电容和滤波电容；和

确定作为滤波电容上电压的函数的可测量电容的值。

37、权利要求36的方法，进一步包括利用耦合到参考电压和滤波电容的阻抗将参考电压的至少一部分加到滤波电容的电压上的步骤。

38、权利要求37的方法，其中利用耦合到参考电压和滤波电容的阻抗将参考电压的该部分添加到滤波电容上的电压上。

39、一种用来测量可测量电容的装置，该装置包括：

滤波电容设备，其用来存储电荷；

用来将预定电压施加到可测量电容的设备；

无源阻抗设备，其静态耦合到可测量电容和滤波电容设备，用来允许可测量电容与滤波电容设备分享电荷；和

用来确定作为滤波电容设备上的电荷的示值的函数的可测量电容值的设备。

40、一种用来在第一电节点测量可测量电容的电路，该电路包括：

无源阻抗，其静态耦合在第一电节点和第二电节点之间；

滤波电容，其耦合在第二电节点和第三电节点之间；和

控制器，其耦合到第一电节点，其中控制器被构造用来执行电荷转移过程大于一的次数，其中电荷转移过程包括施加预定电压到第一电节点一个时间周期，并允许可测量电容与滤波电容通过无源阻抗分享电荷，和其中控制器进一步被构造用来确定作为滤波电容上的电压和次数的函数的可测量电容值。

41、权利要求40的电路，进一步包括第二滤波电容，其耦合在第二电节点和第四电节点之间。

42、权利要求41的电路，其中第三电节点耦合到第一电源电压，以及其中第四电节点耦合到不同于第一电源电压的第二电源电压。

43、权利要求40的电路，其中第三电节点连接到参考电压。

44、权利要求40的电路，其中第三电节点耦合到控制器。

45、权利要求44的电路，进一步包括第二可测量电容，其耦合到第三电节点。

46、权利要求40的电路，其中第二电节点耦合到控制器和第三电节点耦合到控制器。

47、权利要求46的电路，进一步包括：

第四电节点，其耦合到控制器；

第二无源阻抗，其耦合到第三电节点和第四电节点；和

第二可测量电容，其耦合到第四电节点。

48、权利要求40的电路，进一步包括耦合到第三电节点和参考电压的阻抗，其中该阻抗将参考电压的至少一部分加到滤波电容上的电压上。

49、权利要求40的电路，其中无源阻抗包括电感和电阻之一。

50、权利要求40的电路，其中控制器进一步被构造用来比较第一电节点处的电压和参考电压以确定滤波电容上的电压。

51、权利要求40的电路，其中控制器进一步被构造用来利用多位模数转换器测量第一电节点处的电压以确定滤波电容上的电压。

52、权利要求51的电路，其中控制器进一步被构造用来比较第一电节点处的电压和第二参考电压以确定滤波电容上的电压。

53、权利要求51的电路，其中控制器进一步被构造用来设定滤波电容上的电压为已知值以重置滤波电容。

54、权利要求53的电路，其中第一参考电压和第二参考电压由控制器的数字输入提供，该数字输入具有滞后。

55、权利要求40的电路，其中控制器进一步被连接到第二电节点。

56、权利要求55的电路，其中控制器进一步被构造用来比较第二电节点处的电压和参考电压以确定滤波电容上的电压。

57、权利要求56的电路，其中控制器进一步被构造用来比较第二电节点处的电压和第二参考电压以确定滤波电容电荷。

58、权利要求57的电路，其中第一参考电压和第二参考电压由控制器的数字输入提供，该数字输入具有滞后。

59、权利要求40的电路，其中滤波电容通过阻抗耦合到重置电压一预定长度时间以重置滤波电容。

60、一种临近传感器，包括：

传感器电极，其具有可测量电容；

开关，其耦合到该可测量电容；

无源网络，其耦合到该可测量电容和开关，该无源网络包括无源阻抗和滤波电容，其中该无源阻抗静态耦合可测量电容到滤波电容；和

控制器，其耦合到该开关，其中该控制器被构造用来执行电荷转移过程大于一的次数，其中该电荷转移过程包括利用开关施加预定电压到可测量电容并允许可测量电容与滤波电容通过无源阻抗分享电荷，和其中该控制器进一步被构造用来确定作为滤波电容的电荷的示值和次数的函数的可测量电容值。

61、权利要求60的临近传感器，进一步包括：

第二传感器电极，其具有第二可测量电容；和

第二开关，其耦合到该第二可测量电容；

第二无源网络，

其中该第二无源网络耦合到该第二可测量电容和第二开关，其中该第二无源网络进一步包括第二无源阻抗和第二滤波电容，和其中该第二无源阻抗静态耦合第二可测量电容到第二滤波电容；和

其中该控制器耦合到该第二开关，和进一步被构造用来执行第二电荷转移过程大于一的第二次数，其中该第二电荷转移过程包括利用第二开关施加第二预定电压到第二可测量电容并允许第二可测量电容与第二滤波电容通过第二无源阻抗分享电荷，和其中该控制器进一步被构造用来确定作为第二滤波电容的电荷的示值和第二次数的函数的第二可测量电容值。

62、权利要求60的临近传感器，进一步包括：

第二传感器电极，其具有第二可测量电容；和

第二开关，其耦合到该第二可测量电容；

其中该无源网络耦合到第二可测量电容和第二开关，和其中该无源阻抗静态耦合第二可测量电容到滤波电容，和

其中该控制器耦合到第二开关和进一步被构造用来执行第二电荷转移过程大于一的第二次数，其中该第二电荷转移过程包括利用第二开关施加第二预定电压到第二可测量电容并允许第二可测量电容与滤波电容通过无源阻抗分享电荷，和其中该控制器进一步被构造用来确定作为滤波电容的第二电荷的第二示值和第二次数的函数的第二可测量电容值。

63、权利要求60的临近传感器，进一步包括：

第二传感器电极，其具有第二可测量电容；其未直接连接到该无源网络，

多路复用器，其耦合到第一可测量电容和第二可测量电容和无源网络，

其中该控制器耦合到该多路复用器并进一步被构造用来利用多路复用器至少在第一可测量电容和第二可测量电容之间多路复用转换该无源网络，和

其中该控制器耦合到该开关和进一步被构造用来执行第二电荷转移过程大于一的第二次数，其中该第二电荷转移过程包括通过多路复用器施加第二预定电压到第二可测量电容并允许第二可测量电容与滤波电容通过无源阻抗分享电荷，和其中该控制器进一步被构造用来确定作为滤波电容的第二电荷的第二示值和第二次数的函数的第二可测量电容值。

64、权利要求60的临近传感器，其中可测量电容表示传感器电极和另一电极之间的电容。

65、权利要求60的临近传感器，其中可测量电容表示传感器电极和外部物体之间的电容。

66、权利要求65的临近传感器，其中外部物体是人体的一部分。

67、权利要求60的临近传感器，其中控制器进一步被配置用于提供监护信号，该监护信号被配置用来在电荷转移过程的至少一部分期间监护可测量电容。

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