CN102216892A - 传感器及感测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种触摸传感器，其感测物件在所述触摸传感器的表面上的多个通道中的一者处的存在，其中所述物件到所述触摸传感器的接近度导致所述通道的位置处的电容的改变。所述触摸传感器包含驱动电路及电荷感测电路，每一电路耦合到所述通道中的每一者。所述电荷感测电路包含至少一个电荷测量电容器。对所述触摸传感器应用具有驱动部分及感测部分的测量循环。在所述驱动部分期间，将电荷施加到所述通道且因此施加到所述触摸传感器的所述电荷测量电容器，且在感测部分期间，将所述电荷测量电容器放电预定量并测量所述电荷测量电容器上的剩余电荷。

Description

传感器及感测方法
相关申请案交叉参考
本申请案主张2008年10月22日提出申请的第61/107,419号美国临时专利申请案在35U.S.C.119(e)下的权益，所述临时专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
存在各种形式的触敏控制，其使用电容式传感器来感测身体在所述传感器上的多个位置处(例如用户的手指)的存在。举例来说，在WO-97/23738中揭示一种触敏电容式传感器。WO-97/23738中所揭示的电容式传感装置依赖于测量感测电极到系统参考电位(大地)的电容。提供及安置单个耦合板以形成触敏开关。所述耦合板称作键。根据此实例，在测量循环的驱动部分内使用驱动电路将所述键充电，且接着在所述循环的测量部分期间通过将感应电荷从所述键转移到电荷检测电路的电荷测量电容器来测量此电荷。通常，在测量存在于电荷测量电容器上的电荷之前，执行测量循环突发。所述传感器可由于感应到所述键上的电荷量的改变而检测到物件在接近所述键处的存在。有效地，此提供对由于身体或物件的存在而导致的键的电容的改变的测量。当指向物件(例如用户的手指)靠近感测电极(Y板)时，所述指向物件看起来为虚拟接地。此用于改变所述感测电极到接地的所测量电容。因此，将所测量电容的改变视为指示指向物件的存在。因此，通过提供多个感测电极或键，可检测触摸传感器上的多个位置。
在第6,452,514号美国专利中揭示另一种形式的触敏控制。在此实例中，提供一对电极，所述对电极充当键使得由于在所述两个电极之间转移的电荷量的改变而检测到身体(例如用户的手指)的存在。在此布置的情况下，所述电极中的一者(标示为X)以驱动电路来驱动，且所述对电极中的另一者(标示为Y)连接到电荷感测电路，所述电荷感测电路检测当由X板驱动时存在于Y板上的电荷量。如在WO-OO/440018中所揭示，可布置数对电极以形成感测区域矩阵，所述感测区域矩阵可提供触敏二维位置传感器的有效实施方案。
在一些实例中，可安置多个键以形成二维触摸传感器。二维触摸传感器通常与包含用于(例如)消费型电子装置及家用器具中的触敏屏幕或触敏键盘/小键盘的装置一起使用。二维触摸传感器也可结合下伏显示器(例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))一同使用以形成触敏显示屏幕。此类触敏显示屏幕已变得日益普遍且不仅结合个人计算机而且在所有其它器具形式(例如个人数字助理(PDA)、销售点(POS)终端、电子信息及售票信息亭、厨房器具及类似器具)中常见。通常期望提供用于借助采用多个键的触摸传感器检测身体的过程的改进。
发明内容
根据一些实施例，一种触摸传感器，其用于感测身体在所述触摸传感器的表面上的多个位置中的一者处的存在，每一位置具有对应于驱动电极与感测电极的相交处的通道，所述身体的存在是由于所述通道的电容的改变而确定。所述触摸传感器包括耦合到所述通道中的每一者的驱动电路，且针对所述通道中的每一者，一电荷感测电路，所述电荷感测电路中的每一者包含一电荷测量电容器。控制器在操作中经布置以在测量循环的驱动部分期间控制所述驱动电路以将电荷感应到所述通道中的每一者上，且在所述测量循环的电荷测量部分期间控制所述电荷感测电路中的每一者以分别将所述电荷测量电容器耦合到所述对应通道，以便将在所述测量循环的所述驱动部分期间感应于所述通道上的所述电荷转移到所述相应电荷测量电容器中的每一者。所述控制器经布置以控制所述电荷感测电路中的每一者以通过将所述电荷感测电路的所述电荷测量电容器放电来依序确定存在于所述电荷测量电容器中的每一者上的电荷量。所述控制器经布置以在依序确定所述电荷感测电路中的每一者的所述电荷测量电容器中的每一者上剩余的电荷量之前将所述电荷测量电容器同时放电预定量以识别是否已存在由于所述身体的所述存在而导致的所述通道的所述电容的改变。
根据一些实施例，一种触摸传感器，其包含可(例如)通过共用驱动电路驱动的多个通道，且感应于所述通道上的电荷被转移到对应多个电荷测量电容器中的一者。在操作中，依序将所述电荷测量电容器中的每一者放电以测量感应于所述通道上的电荷量，使得可由于所述通道中的一者的电容的改变而检测到身体在接近所述通道处的存在。一个接一个地依序将所述电荷测量电容器中的每一者放电使得(例如)可使用到接地的比较器或单个模/数转换器及到所述控制器的单个接口来测量所述通道中的每一者的电容从而减少成本。
根据一些实施例，在确定存在于所述电荷测量电容器中的每一者上的电荷之前，通过(例如)固定电阻表面安装功率(SMP)电阻器并行地将所述电荷测量电容器中的每一者放电预定量，所述预定量小于存在的预期总电荷。在各种实施例中，将所述电荷测量电容器同时放电预定量，但剩余的电荷量仍提供足够电荷以检测身体的存在。因此，针对所述电荷测量电容器中的每一者产生电荷测量所花费的时间从在将所述电荷测量电容器中的每一者放电达从所述通道积累的总电荷量时原本所需的时间成比例地减少。
在一些实例中，在确定剩余的所述电荷量之前所述电荷测量电容器中的每一者同时被放电的所述预定量是根据由于身体在接近于所述触摸传感器的所述通道中的对应一者的存在而导致的存在于所述测量电容器中的每一者上的预期电荷量来设定的。所述预定量可在所述控制器中预先设定或根据在初始化阶段期间进行的针对身体的存在或不存在对所述电荷测量电容器上的可能电荷值范围的测量来产生。使用所述可能电荷值范围来确定应剩余的电荷量，且因此对应地确定可将每一电荷测量电容器放电的量。
虽然在一些实例中，通过单个驱动电路驱动所述多个通道，且所述多个电荷感测电路经布置以确定感应于所述通道上的电荷，但在其它实例中，提供多个驱动电路，所述多个驱动电路中的每一者经由共用驱动线耦合到多个所述通道，且所述电荷感测电路中的每一者经由共用接收线耦合到不同多个通道。如此，所述通道可安置于二维表面上以形成二维触摸传感器。或者，可使用所述单个驱动电路实例来形成线性传感器或控制以确定身体在沿所述线性传感器的多个位置处的存在。
在一些实例中，形成通道矩阵，其中每一通道由驱动板与接收板形成。在其它实例中，所述通道中的每一者由耦合板形成，所述耦合板首先通过驱动电路驱动以感应电荷且接着所述所感应的电荷被转移到电荷测量电容器。
因此，一个实施例提供一种用于感测身体在触摸传感器的表面上的多个位置中的一者处的存在的设备，其中每一位置具有一通道，且其中所述身体的存在是由于所述通道的电容的改变而确定。此设备包含控制器，其用于控制驱动电路，在测量循环的电荷测量部分期间针对每一通道控制电荷感测电路以分别将电荷测量电容器耦合到所述通道以便将在所述测量循环的所述驱动部分期间感应于所述通道上的电荷转移到所述电荷感测电路的相应电荷测量电容器中的每一者，且通过依序将所述电荷感测电路的所述电荷测量电容器放电来依序确定存在于所述电荷测量电容器中的每一者上的电荷量，其中用于确定存在于所述电荷测量电容器中的每一者上的所述电荷量的控制器进一步用于在依序确定所述电荷感测电路中的每一者的所述电荷测量电容器中的每一者上剩余的电荷量之前将所述电荷测量电容器同时放电预定量以识别是否已存在由于所述身体的所述存在而导致的所述通道的电容的改变。
在所附权利要求书中界定实例性实施例的各种其它方面及特征，其包含一种感测身体在触摸传感器的表面上的多个位置中的一者处的存在的方法及一种包含通道矩阵的触敏控制面板。
附图说明
图1A是提供触敏传感器的实例的示意性框图；
图1B是接近传感器安置的用户的手指的实例性图解说明；
图2是图解说明图1B中所示的触摸传感器的等效电路图的示意性框图；
图3是结合图1B中所示的触摸传感器用于形成触摸传感器的电路的示意性框图；
图4是图解说明图3中所示的感测电路的操作的实例性时序图；
图5是图解说明提供二维电容式变换传感器布置的触敏矩阵的电路图；
图6是展示图5中所示的触敏矩阵的示意性图解说明；
图7A是针对图5中所示的实例性触摸传感器的跨越多个测量电容器中的每一者的信号电荷或电压关于时间的曲线图的图形表示；
图7B是图解说明本发明技术的并行预放电过程的图7A的跨越多个测量电容器中的每一者的信号电荷或电压关于时间的曲线图的图形表示；
图8A是在身体在接近所述通道中的一者处存在的情况下对应于图7A中所示的实例的跨越多个测量电容器中的每一者的信号电荷或电压关于时间的曲线图的图形表示；
图8B是图解说明本发明技术的并行预放电过程的图8A的跨越多个测量电容器中的每一者的信号电荷或电压关于时间的曲线图的图形表示；
图9是表示根据本发明技术的触摸传感器的操作的流程图；且
图10是根据实例性实施例调适的二维触摸传感器的另一实例的电路图。
具体实施方式
如上文所解释，存在各种形式的触摸传感器，其可由于从触摸传感器的通道转移的电荷的改变而确定身体在接近所述触摸传感器的感测元件处的存在。图1A及图1B中展示此触摸传感器的实例。图1A及图1B中所示的实例对应于其中一对横向电极形成触摸传感器的实例。如图1A中所示，一对电极100、104形成驱动板或X板及接收板或Y板，且安置于触敏控制面板15的表面下方。电极100、104安置于电介质层16(例如玻璃或塑料面板)下方。如图1A及图1B中所示，触摸传感器10经布置以由于Y板104所接收的电荷量的改变而检测到身体(例如用户的手指20)的存在。如图1A中所示，当通过电路对X板100充电或驱动时，在触摸面板表面15上方及下方两处形成电场(其由线18及19图解说明)，由于此电荷被转移到Y板104。X板100与Y板104形成电容性充电通道10。如图1B中所示，由于因用户的手指20的存在而对电场18的干扰，控制面板15的电场因由用户的手指20所提供的大地效应或接地效应(如接地34所示意性地图解说明)而受到干扰。
图2中展示图1A及图1B中所示的触摸传感器10的等效电路图。在图2中，以电路图的形式图解说明等效电容。在所述通道的X板100与Y板104之间形成的电容为电容CE 105。身体20的存在具有引入分流电容30、32、33的效应，所述分流电容接着经由身体20通过到接地34的等效接地电容器22而接地。因此，身体20的存在影响转移到所述通道的Y板的电荷量且因此提供一种检测身体20的存在的方式。这是因为通道CE 105的X板100与Y板104之间的电容随着接地电容22、30、32、33的增加而减少。
图3提供实例性电路图，其通过感测从图2中所示的X板100转移到Y板104的电荷量来形成触摸传感器且包含类似于第6,452,514美国专利中所描述的电荷测量电路的电荷测量电路。
如图3中所示，驱动电路101连接到通道的X板100且通道的Y板104连接到电荷测量电路108的输入106，其中所述X板与Y板共同地形成电容器105。输入106连接到第一可控开关110且连接到电荷测量电容器Cs 112的一个侧。测量电容器112的另一侧经由第二开关114连接到电荷测量电路108的输出116，所述输出作为电压VOUT馈送到控制器118。第一输入控制通道103用来控制驱动电路101的操作。
控制器118还输出控制线146以控制开关110且输出控制线148以控制开关114。在图3中所示的电路图中，已采用惯例展示开关110、114中的每一者的控制输入在控制输入为“0”时断开且在控制输入为“1”时闭合。开关110、114中的每一者的另一侧连接到接地，使得如果所述控制输入为“1”，那么连接输入将连接到接地。已针对驱动电路101采用类似惯例，借此当控制输入103为“0”时，X板连接到接地，且当所述控制输入为“1”时，X板连接到参考电压“VR”。参考图4中所图解说明的时序图来解释图3中所图解说明的触摸传感器的操作，包含经布置以测量从通道105的X板100转移到Y板104的电荷量的电荷测量电路的功能。
在图4中，四个时序图130、132、134、138图解说明图3的电荷测量电路108的操作。第一时序图130表示从控制器118施加到第二开关114的控制输入148。左手轴线表示控制线103、146及148上的控制输入的逻辑值。在右手轴线上，连接点114.1处的效应展示为“Z”，其中连接点114.1被隔离或为浮动的或针对为1的逻辑控制输入而接地。类似地，时序图132图解说明连接点110.1针对逻辑控制输入值“0”或“1”而处于浮动(Z)或接地(0)。第三时序图134图解说明提供到通道的X板100的驱动信号的相对时序，在此情况下，与两个开关110、114的时序图130、132形成对比，时序图134的值是绝对值使得左手侧图解说明施加到X板100的电压在0V与参考电压VR之间变化，参考电压VR是用来将X板100充电的参考电压。最后时序图138提供对由于根据时序图130、132、134所图解说明的时序开关110、114的断开及闭合以及X板100的驱动而在测量电容器112上产生的实例性信号强度或电压的图解说明。
解释了时序图130、132、134、138，其中在图4中，在第一时间点t1处，在开关110、114的控制输入线146、148两者为高(1)且驱动电路101的控制输入线103为低(0)的情况下初始化电荷测量电路108。控制输入线146、148及103是连接到控制器118的线。因此，将Y板104、电荷测量电容器112、及通道105的X板100设定为接地。对应地，跨越电荷测量电路112的输出电压处于零伏。在时间点t2处，将控制输入线148上到控制开关114的逻辑输入设定为低(0)到零，借此断开开关114且使连接点114.1浮动，此将连接点114.1(称作YB)处的输出电压作为输出电压Vout在线116上连接到控制器118。线116有效地将测量电容器112的一个侧耦合到控制器118。在下一时间t3处，将控制线146上到开关110的控制输入设定为低(0)，借此断开开关110且使连接点110.1(其为YA)浮动，在时间点t4之前，到驱动电路101的控制线103将通道105的X板100驱动到参考电压VR。接着，为了将测量电容器Cs充电达时间t5与t6之间的周期S，将到开关114的控制输入设定为高(1)，借此使YB接地以将通道105的Y板104上的电荷转移到电荷测量电容器112直到将到开关114的控制输入设定为低(0)时的时间t6，此再次使连接点114.1浮动。在将测量电容器Cs充电达时间点t5与t6之间的第一驻留时间之后，在时间点t7处，将控制线146上到开关110的控制输入设定为高(1)，借此使连接点110.1接地，连接点110.1连接到电荷测量电容器Cs 112的一个侧。因此，可测量跨越电荷测量电容器112的电压。将在时间点t5与t6之间的驻留时间期间在电荷测量电容器Cs 112上经历的来自Y板104的电荷量表示为输出电压VOUT。
在时间t8处，控制线103上到驱动电路101的控制输入变低(0)，借此将所连接的通道105的X板100连接到接地，此结束第一测量循环。在时间点t9处，测量突发的下一测量循环发生。在时间点t9处，控制线146上到开关110的控制输入变低(0)，借此使YA浮动。在时间点t10处，控制线103上到驱动电路101的控制输入再次变高(1)，借此将X板100连接到参考电压VR。再次由从通道105的Y板104转移到电荷测量电容器112上的电荷将电荷测量电容器112充电。与第一突发一样，在时间点t11处，控制线148上到开关114的控制输入变高(1)，借此使连接点114.1接地且将电荷驱动到所述电荷测量电容器上直到控制线148上到开关114的控制输入变低(0)时的时间点t12，从而再次使YB浮动。因此，在时间t11与t12之间的驻留周期期间，再次从Y板104转移电荷，借此增加跨越电荷测量电容器Cs的电压。将跨越电荷测量电容器112的电压相对于耦合到接地的连接点110.1表示为输出电压VOUT。在时间t13处，将控制线146上到开关110的控制输入设定为高(1)，借此使YA接地，且在时间t14处，到驱动电路101的控制输入103变低(0)，借此将通道105的X板100连接到接地，此结束第二测量循环。因此，与第一测量循环一样，已从Y板104转移一电荷量，此已接着增加跨越电荷测量电容器112的电压，跨越电荷测量电容器112的电压表示从Y板104转移的电荷量。
在所述突发的一个或一个以上测量循环之后，可借助于放电电阻器140确定电荷测量电容器112上的电荷量。放电电阻器140的一个侧连接到所述测量电容器且另一侧SMP连接到放电开关142。放电开关142经由控制线144从控制器118接收控制信号。控制器118经控制以使SMP放电电阻器140在测量循环期间浮动且通过到电压VS的连接经由放电电阻器140将电荷测量电容器Cs 112放电。控制器118接着通过对时钟周期的数目进行计数直到电荷测量电容器Cs 112上的电荷被放电为零来确定存在于电荷测量电容器112上的电荷量。因此，时钟周期的数目为相应所测量电荷信号提供相对信号取样值。
二维触摸传感器实例
图3中所示的测量电路的一个优点是，使用相同的构造及操作原理，可形成触敏开关矩阵，使得用户可(例如)选择触敏屏幕上的多个不同位置或取决于用户的手指(例如)相对于点矩阵的位置的多个不同功能。图5及图6提供二维触摸传感器的实例。
在图5中，驱动电路101.1、101.2、101.3、101.4经布置以驱动形成4×4通道阵列的不同传感器点205，但将了解可使用任一大小的阵列。因此，如图5中所对应地图解说明，提供具有16个触敏点或通道的控制面板，其可用来形成触敏屏幕或具有多个选择控制开关的控制面板。如图5中所示，驱动电路101.1、101.2、101.3、101.4中的每一者均由控制器500控制以分别使用第一控制输入103.1、103.2、103.3、103.4以与图3中驱动X板100的且图4中表示的方式相同的方式来驱动对应驱动线X1、X2、X3、X4中的每一者。还展示线107上的输入，所述输入提供参考电压VR。点205中的每一者处的耦合电容器的输出连接到电荷测量电容器Cs 112.1、112.2、112.3、112.4的一个侧，所述电荷测量电容器经布置以测量存在于Y板上的电荷量，Y1、Y2、Y3、Y4提供输出信号116.1、116.2、116.3、116.4以便以与图3及图4中的电路的操作方式相同的方式来检测物件的存在。此通过以与上文参考图3及图4所解释的布置对应的方式将控制信号施加到开关110A、110B、110C、110D、114A、114B、114C及114D来实现。关于此矩阵电路的操作的更多细节揭示于第6,452,514号美国专利中。
通过实例性实施例解决的技术问题
如图6中所示，已知为具有多个通道的触摸传感器提供其中实现电荷测量的布置，使得可实施多输入控制或二维触摸传感器。如根据上文所提供的描述将了解，触摸传感器上的表示为一驱动感测对电极(X，Y)的通道中的每一者提供一感测点。
为了使控制器500检测二维矩阵中的感测点中的每一者的电容的改变，控制驱动电路101.1、101.2、101.3、101.4中的每一者以依次驱动对应线X1、X2、X3、X4中的每一者。因此，使用控制线103.1、103.2、103.3、103.4上的第一控制输入，依次驱动输入或驱动线X1、X2、X3、X4中的每一者的X板，此将电荷推动到接收Y板上，所述Y板连接到对应驱动线X1、X2、X3、X4。因此，举例来说，针对所述驱动线中的第一者X1，驱动耦合到X1线的所有X板，此将电荷推动到在所述驱动线X1的相交点处的接收板Y1、Y2、Y3、Y4上。因此，当包含测量电容器112.1、112.1、112.3、112.4的电荷感测电路中的每一者依次用来测量从对应接收Y板转移的电荷量时，在连接到X1驱动线的通道(X1，Y1)、(X1，Y2)、(X1，Y3)及(X1，Y4)已由第一驱动线X1驱动之后，可确定所述通道中的每一者的电容量的改变。因此，通过依次驱动驱动线X1、X2、X3、X4中的每一者且依次测量感应于测量电容器112.1、112.1、112.3、112.4中的每一者上的电荷，可识别提供于所述二维触摸传感器的X线与Y线的相交点处的通道中的任一者的电容的改变。因此，所述相交点中的任一者处电容的改变提供对身体在由所述触摸传感器提供的二维平面中的对应定位处的接近度的指示。
如根据上文解释将了解，为了识别身体在所述二维平面中的任一位置处的定位，必需依次驱动N个驱动线X1、X2、X3、X4中的每一者，且接着依次测量感应于M个电荷测量电容器Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者上的电荷。在其它实施例中，N及M可为其它值。
如此，为了检测身体在接近二维触摸传感器处的定位，将需要约等于N*M*t的时间量，其中“t”是测量存在于测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的一者上的电荷所花费的平均时间。
如图5中所示，且与图3中所示的布置相对应，电荷测量电容器Cs 112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者均包含放电电阻器SMP 140.1、140.2、140.3、140.4及开关142.1、142.2、142.3、142.4(其在两个位置中的任一者中加以控制)的布置。连接到对应放电电阻器140.1、140.2、140.3、140.4的开关142.1、142.2、142.3、142.4的两个位置将所述放电电阻器连接到浮动(Z)或连接到正电压VS。因此，如上文参照图3所解释，开关142.1、142.2、142.3、142.4经布置以将电荷测量电容器Cs 112.1、112.2、112.3、112.4放电，以便测量已从所述通道的接收Y板Y1、Y2、Y3、Y4转移而积累于测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4上的电荷量。如上文所指示，依次驱动X板的驱动线X1、X2、X3、X4中的每一者以根据所述通道的X板感应到接收Y板Y1、Y2、Y3、Y4上的电荷来识别物件到二维触摸传感器的一部分的接近度。到那时，通过依次将相应电荷测量电容放电来测量所述Y板中的每一者上的电荷，可识别用户的手指610(例如)在接近所述二维触摸传感器处的定位。因此，如图6中所图解说明，可识别所述用户的手指610在接近通道中的一者(X1，Y2)处的定位。
本发明技术的实例性操作
通过图7A、7B、8A及8B的图形表示图解说明用于执行测量电容器Cs 112.1、112.2、112.3、112.4的并行预放电的布置。图7A提供展示针对接收线Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者跨越四个电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者的电压的图形表示。因此，在用于检测物件在接近触摸传感器的通道中的一者处的存在的过程的第一部分701期间，用于在驱动线中的一者(例如线X1、X2、X3、X4中的一者)上对使所述通道突发的布置如参考图1到图6所解释。因此，跨越电荷测量电容器Cs 112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者，由于从通道的对应接收Y板线Y1、Y2、Y3、Y4转移的电荷的积累而积累电压，从而导致跨越Cs电容器的电压产生从参考电压到702处所指示的电压的改变。此后，为了检测物件在接近所述驱动线X1的接收通道Y1、Y2、Y3、Y4中的一者处的存在，如参考图5及图6所解释将跨越对应电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4的电荷放电。
如上文所提及，由将电荷测量电容器Cs放电到零所使用的时钟循环的计数来表示跨越所述电荷测量电容器存在的电荷的表示。因此，如图7A中所示，举例来说，将第一电荷测量电容器从Y1线放电所使用的时间量ty1可表示为时钟循环的计数，例如100个时钟循环。
如根据图7A中所示的图示将了解，为了针对接收线Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者将电荷测量电容器中的每一者放电，总时间可等于个别时间的和，例如ty1+ty2+ty3+ty4。期望减少执行对来自所述电荷测量电容器中的每一者的电荷的测量所使用的时间量以便改进触摸传感器的灵敏度。
一种解决方案是并行地测量存在于测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者上的电荷。然而，为进行此测量，用于电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者的电荷测量电路中的每一者可使用单独比较器或模/数转换器。此外，控制器500可并行地处理对应于所述测量电容器的放电的计数的样本。因此，为了减小成本及复杂度，一些实施例可通过依序测量存在于测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者上的电荷来对电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者串行地执行电荷测量，使得使用单个模/数转换器及到控制器500的一个接口。
根据实例性实施例，为了减少针对接收线Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者执行对跨越电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者的电荷的测量的时间量，控制器500执行电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者的并行放电。此在依序执行对电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者上剩余的电荷的测量之前完成。为此目的，预定测量值范围对应于物件在接近所述触摸传感器的通道中的任一者处的存在或不存在。此预定测量值范围可在初始化阶段期间建立或可在所述控制器内预先设定。可根据测量值范围来测量电荷的改变量，所述测量值范围将对应于初始化阶段期间身体在接近触摸传感器处的存在或不存在，或在控制器500内预先设定。因此，根据可能测量范围来确定放电量，所述可能测量范围将对应于物件在接近触摸传感器的通道处的存在或不存在。
此可能动态测量范围因此确定在进行测量之前测量电容器可被放电的量。图7B提供与图7A中所示的实例相对应的测量电容器的放电的图形表示。如图7B中所示，电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者均被放电量“DD”，所述量可对应于循环计数或对应于特定电压。根据用于测量身体的存在的预期动态范围来设定电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者的放电量DD，所述范围由第二计数“DM”表示，所述第二计数同样可表示为循环计数或表示为电压。因此，如图7B中所示，将电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4放电达时间量“tp”，使得用于测量电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者的电荷的时间对应地减少。
举例来说，测量存在于接收线Y1的第一电荷测量电容器112.1上的电荷所花费的时间变成t’y1＝ty1-tp。因此，对于针对剩余接收线Y2、Y3、Y4中的每一者的对应电荷测量过程中的每一者，提供约3*tp的时间节省，使得针对所有Y线执行电荷测量的总时间变成：
总时间＝tp+(ty1-tp)+(ty2-tp)+(ty3-tp)+(ty4-tp)
图8A及图8B图解说明跨越电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4的电压的对应图形表示以图解说明并行预放电过程，但是在图6的实例的情况下图解说明，其中用户的手指610接近接收通道中的第二集合(X1，Y2)。因此，如图8A中所示，由于从对应接收线Y2转移的电荷量而导致的跨越测量电容器112.2的电压(由线801图解说明)实质上小于当用户的手指610不存在时的电压。因此，存在于电荷测量电容器112.2上的电荷实质上小于跨越其它电荷测量电容器112.1、112.3、112.4的电压，其已从接收板Y1、Y3、Y4转移，如线802所表示。因此，如图8A中所示，使感测线Y2的测量电容器112.2达到零所花费的时间是ty2，ty2比针对其它接收线达到零所花费的时间少。因此，此时间差是对用户的手指在接近通道(X1，Y2)的接收板处的存在的指示。
对应地，针对其中跨越接收线Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者发生所有电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4的并行预放电的实例，图8B展示所有电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4的并行预放电致使跨越通道(X1，Y2)的测量电容器112.2电荷减少，此由线804图解说明。然而，仍存在可根据其检测物件的存在的将电荷测量电容器Cs 112.2放电达时间t′Y2的充足动态范围。
操作概要
图9中展示图解说明用于检测身体在二维触摸传感器上的存在的过程的流程图，其并入有上述并行预放电过程。
图9的过程在S1处开始，其中初始化FOR环路以依次处理驱动线X1、X2、X3、X4中的每一者。所述FOR环路包含驱动驱动线X1、X2、X3、X4中的每一者的活动(对于n＝1到N)。
从S2图解说明FOR环路活动，其中所述FOR环路在S1中的状态确定驱动线Xn是否由对应驱动电路中的一者来驱动。当所述驱动线中的一者正被驱动时，通过对应于所述驱动线Xn的定位而在接收线Y1、Y2、Y3、Y4上感应电荷。因此，由于一系列突发而将电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4充电，如参考图1到图4所解释。
所述过程在S4处以如上文中所解释的方式继续达预定时间量tp或达电压量或达循环计数。并行地将电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4中的每一者放电。
所述处理在S6处针对如下活动而开始，其中借助接收线Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者以及测量电路的对应电荷测量电容器Cs 112.1、112.2、112.3、112.4，针对值m＝1到M中的每一者执行FOR循环，以执行对电荷测量电容器上剩余的电荷的分析。
在S8处，依次将每一电荷测量电容器放电到预定值，举例来说，零。在一个实施例中，可根据达到此值的时钟循环的计数来测量通道放电测量时间，且可将所述时间记为数字集合t[n][m]，其中n对应于驱动线，且m对应于形成通道的感测线。因此，接收线Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者由控制器500依次处理且对应测量花费将对应电荷测量电容器112.1、112.2、112.3、112.4放电所需的时间。存储将每一电荷测量电容器放电所花费的时间以用于与值范围的稍后比较。
在S10处，针对处理所述电荷测量电容器的序列检查所述FOR环路以确定是否已处理最后一个测量电容器。因此，如果m＝M(例如在所图解说明的实例中为4)，那么处理转到步骤S14，否则处理转到步骤S12。
当变量m的计数根据对M个电荷测量电容器的顺序处理而增加(操作S12)时，处理针对下一电荷测量电容器继续进行到操作S8。在决策点S14处，所述过程通过确定是否已处理驱动线X中的最后一者(例如，在n＝4的情况下确定是否已处理驱动线X中的最后一者)来针对所考虑的驱动线Xn检查FOR环路的状态，其中n＝N且N是驱动线的总数目。如果否，例如n≠N，那么处理继续进行到步骤S16，在步骤S16处通过增加n使得n＝n+1来处理下一驱动线n，且接着继续进行到步骤S2。
处理继续到操作S18，且如果已处理最终驱动线(n＝4)，那么控制器根据通过依次处理驱动线X中的每一者及接收线Y1、Y2、Y3、Y4中的每一者而对通道中的每一者进行的测量来确定是否已在接近触摸传感器的通道中的一者处检测到身体。此后，处理返回至到步骤S1，其中重复步骤S1到S18。
如上文所解释，实施例可应用于各种形式的触摸传感器且包含其中例如在第5,730,165号美国专利中所揭示的实例中首先将通道充电且接着将其放电的触摸传感器。在图10中所图解说明的此实例中，每一通道均提供单个耦合板960。至于上文所解释的实例，控制器500.1将电荷驱动到驱动线(例如X1、X2、X3、X4)，所述电荷接着被转移或感应到耦合点960，在耦合点960处所述驱动线与每一感测线相交且识别通道的定位。所述过程接着涉及测量从板960转移到电荷测量电容器的电荷量以便检测耦合板960处的电容的改变。
如图10中所图解说明，电容的改变可由身体(其图解说明为电容C904)的存在引起。如图10中所图解说明，多个通道960耦合到驱动线962，驱动线962由控制器500.1控制。控制器500.1在测量循环的驱动部分期间将驱动线962充电且通过感测线963将驱动线962放电。
根据实例性实施例，在驱动耦合板960之后，在共用驱动线962中的一者上，根据上文所解释的并行预放电技术将板960并行放电，以便减少检测身体在接近耦合板960中的一者处的存在所花费的时间量。如将了解，一些实施例已应用于其中将多个感测通道或板充电且接着依序应用电荷测量电路来测量所述通道或耦合板上的电荷的任一形式的触摸传感器。举例来说，线性位置传感器可具有单个通道集合，所述单个通道集合可经线性布置以提供线性位置控制。根据一些实施例，可由共用驱动线将通道充电，且接着可应用并行预放电过程将所述通道或耦合板放电，之后针对每一通道或板依序感测电荷。
在一些实例性实施方案中，所述传感器可与第6,452,514中美国专利中所描述的电容式感测设备及方法一起使用。
在一个实例中，形成通道的感测元件可包括电极图案。所述电极可由透明材料(例如氧化铟锡(ITO))或供在触摸传感器中使用的其它适合材料制成。
在具有公开案号US2006/0279395的美国专利申请案中提供二维触摸传感器的更详细实例。在第6,466,036号美国专利中揭示可应用一些实施例的触摸传感器的另一实例。

Claims (21)

1.一种设备，其包括：
多个电荷测量电容器，其耦合到触摸传感器的多个通道；及
控制器，其经配置以控制
将电荷转移到所述多个通道中的每一者，
将所述多个电荷测量电容器中的每一者耦合到所述多个通道中的一者，使得电荷被转移到所述多个电荷测量电容器中的每一者，
将所述多个电荷测量电容器中的每一者放电，
确定存在于所述多个电荷测量电容器中的每一者上的电荷量；及
基于所述电荷量来识别所述多个通道中的任一者的电容的改变。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以进一步控制将所述多个通道中的每一者充电且将所述多个测量电容器中的每一者放电达预定时间周期的突发测量循环。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器经配置以进一步并行地将所述多个电荷测量电容器中的每一者放电达预定时间周期。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制器经配置以进一步依序将所述多个电荷测量电容器中的每一者放电；且测量放电到预定电压的时间。
5.一种控制电路，其经配置以：
致使将触敏装置的测量电容器同时放电预定量；
在所述放电所述预定量之后，致使每一电荷测量电容器依序放电以确定存在于每一电荷测量电容器上的电荷量；及
识别由物件在所述触敏装置的多个通道的中的一者处的存在而导致的所述多个通道的电容的改变。
6.一种触摸传感器，其用于感测身体在所述触摸传感器的表面上的多个位置中的一者处的存在，每一位置对应于一通道，所述身体的所述存在是由于所述通道的电容的改变而确定，所述触摸传感器包括：
驱动电路，其耦合到所述通道中的每一者，
针对所述通道中的每一者，一电荷感测电路，所述电荷感测电路中的每一者包含一电荷测量电容器；及
控制器，其耦合到所述驱动电路及所述电荷感测电路，所述控制器可操作以
在测量循环的驱动部分期间，控制所述驱动电路以将电荷感应到所述通道中的每一者上，
在所述测量循环的电荷测量部分期间，控制所述电荷感测电路中的每一者以分别将所述电荷测量电容器耦合到所述通道中的一者，使得在所述测量循环的所述驱动部分期间感应到所述通道中的所述一者上的所述电荷被转移到相应电荷测量电容器，及
通过将所述测量电容器放电来依序确定存在于所述电荷感测电路的信号测量电容器中的每一者上的电荷量，
其中在依序确定所述电荷感测电路中的每一者的所述信号测量电容器中的每一者上剩余的电荷量之前将所述信号测量电容器同时放电预定量，以识别是否已存在由于所述身体的所述存在而导致的所述通道的所述电容的改变。
7.根据权利要求6所述的触摸传感器，其中在确定剩余的所述电荷量之前所述信号测量电容器中的每一者同时被放电的所述预定放电量是根据由于所述身体在接近所述触摸传感器的所述通道中的对应一者处的所述存在而导致的存在于所述信号测量电容器中的每一者上的预期电荷量来设定的。
8.根据权利要求7所述的触摸传感器，其中所述电荷感测电路的所述信号测量电容器中的每一者被放电的所述预定放电量是通过以下方式来确定的：针对所述通道中的每一者测量由于身体的所述存在及不存在而导致的所述电荷测量电容器中的每一者上的预期电荷值的值范围且根据所述预期值范围来设定所述预定放电量。
9.根据权利要求7所述的触摸传感器，其中所述电荷感测电路的所述信号测量电容器中的每一者被放电的所述预定放电量是根据存在的所述预期电荷量来预先设定的。
10.根据权利要求6所述的触摸传感器，其中所述触摸传感器的所述通道中的每一者为驱动线与接收线的相交处，每一接收线耦合到所述电荷感测电路的对应电荷测量电容器，且所述控制器在所述测量循环的所述驱动部分期间控制所述驱动电路以驱动多个驱动线中的每一者，且在所述测量循环的所述测量部分期间控制所述电荷感测电路以将多个接收线上的电荷转移到多个电荷测量电容器。
11.根据权利要求6所述的触摸传感器，其中所述触摸传感器的所述多个通道中的每一者包括一耦合板，且所述控制器经布置以控制所述驱动电路以进行以下操作：
在所述测量循环的所述驱动部分期间，将所述多个通道中的每一者的所述耦合板充电，且
在所述测量循环的所述测量部分期间，控制所述电荷感测电路以将电荷从所述多个通道中的每一者的每一耦合板转移到所述电荷感测电路的所述电荷测量电容器中的对应一者。
12.根据权利要求6所述的触摸传感器，所述触摸传感器进一步包括多个驱动电路，所述多个驱动电路中的每一者经由共用驱动线耦合到所述多个通道的第一集合，其中所述电荷感测电路经由共用接收线耦合到所述多个通道的不同集合，其中所述多个通道安置于二维表面上以形成二维触摸传感器。
13.一种感测物件在触摸传感器的表面上的多个位置中的一者处的存在的方法，所述多个位置中的每一者对应于多个通道中的一者，所述物件的所述存在是由于所述多个通道中的至少一者的电容的改变而确定，所述方法包括：
在测量循环的驱动部分期间，控制耦合到所述多个通道中的每一者的驱动电路以将电荷感应到所述多个通道中的每一者上；
在所述测量循环的电荷测量部分期间，针对所述多个通道中的每一者控制电荷感测电路以分别将电荷测量电容器耦合到所述多个通道中的所述每一者，以便将在所述测量循环的所述驱动部分期间感应于所述多个通道中的所述至少一者上的所述电荷转移到所述电荷感测电路的所述电荷测量电容器中的至少一个相应电容器；及
通过依序将所述电荷感测电路的所述电荷测量电容器放电来依序确定存在于所述电荷测量电容器中的每一者上的电荷量，其中所述确定存在于所述电荷测量电容器中的每一者上的所述电荷量包含在依序确定所述电荷测量电容器中的每一者上剩余的电荷量之前将所述电荷测量电容器中的每一者同时放电预定量，以识别是否已存在由于所述物件的所述存在而导致的所述多个通道中的至少一者的所述电容的改变。
14.根据权利要求13所述的方法，其中根据由于所述物件在接近所述触摸传感器的所述多个通道中的对应一者处的所述存在而导致的存在于所述测量电容器中的每一者上的所述电荷量的预期差来设定在确定剩余的所述电荷量之前所述电荷测量电容器中的每一者同时被放电的所述预定量。
15.根据权利要求14所述的方法，其包括在初始化阶段期间通过以下方式确定所述电荷感测电路的所述电荷测量电容器中的每一者同时被放电的所述预定量：针对所述多个通道中的每一者测量由于物件的所述存在而导致的所述电荷测量电容器中的每一者上的预期电荷值范围且根据所述预期电荷值范围来设定所述预定放电量。
16.根据权利要求14所述的方法，其中根据由于身体的所述存在及不存在而导致的所述电荷感测电路的所述测量电容器中的每一者上的所述预期电荷值范围来预先设定所述测量电容器中的每一者被放电的所述预定量。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述触摸传感器的所述多个通道中的每一者包括驱动板及接收板，所述驱动板中的每一者耦合到所述驱动电路且所述接收板中的每一者耦合到所述电荷感测电路中的一者的对应电荷测量电容器，且所述在测量循环的驱动部分期间控制所述驱动电路以将电荷感应到所述多个通道中的每一者上包含在所述测量循环的所述驱动部分期间驱动所述多个通道的所述驱动板，且所述在所述测量循环的所述电荷测量部分期间针对所述多个通道中的每一者控制所述电荷感测电路以分别将所述电荷测量电容器耦合到所述多个通道中的每一者包含在所述测量循环的所述测量部分期间针对每一通道控制所述电荷感测电路以将感应于所述接收板上的所述电荷转移到所述电荷测量电容器。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述触摸传感器的所述多个通道中的每一者包括一耦合板，且所述在所述测量循环的所述驱动部分期间控制所述驱动电路以将电荷感应到所述多个通道中的每一者上包含在所述测量循环的所述驱动部分期间驱动所述多个通道的所述耦合板，且所述在所述测量循环的所述电荷测量部分期间针对所述多个通道中的每一者控制所述电荷感测电路以分别将所述电荷测量电容器耦合到所述多个通道中的一者包含在所述测量循环的所述测量部分期间针对所述多个通道中的每一者控制所述电荷感测电路以将感应于所述多个通道中的每一者的所述耦合板上的所述电荷转移到所述电荷感测电路的所述电荷测量电容器中的对应一者。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述在所述测量循环的所述驱动部分期间控制所述驱动电路以将电荷感应到所述多个通道中的每一者上包含控制多个驱动电路以将电荷感应到所述多个通道中的每一者上，所述多个驱动电路中的每一者经由共用驱动线耦合到所述多个通道，且所述在所述测量循环的所述电荷测量部分期间针对所述多个通道中的每一者控制所述电荷感测电路以分别将所述电荷测量电容器中的一者耦合到所述多个通道中的一者以将所述电荷转移到所述相应电荷测量电容器中的每一者包含控制所述电荷感测电路中的每一者以经由共用接收线耦合所述多个通道的不同集合以将感应于所述多个通道中的每一者上的所述电荷转移到所述电荷测量电容器中的一者，所述多个通道安置于二维表面上以形成二维触摸传感器。
20.一种触敏控制面板，其包括：
通道矩阵，其包括
第一多个驱动线，其具有N个驱动线，
第二多个感测线，其具有M个感测线，
其中所述通道矩阵包含等于N乘以M的数目的通道，所述通道中的每一者经布置以感测物件的存在，所述通道中的每一者邻近所述N个驱动线中的一者与所述M个感测线中的一者的相应相交处而安置，所述通道中的每一者包括连接到所述N个驱动线中的一者的驱动板(X)及连接到所述M个感测线中的一者的接收板(Y)，所述N个驱动线中的每一者连接到相应驱动电路，所述M个感测线中的每一者连接到包含电荷测量电容器的相应电荷感测电路，且所述通道矩阵包含控制器，所述控制器可操作以进行以下操作：
在测量循环的驱动部分期间，控制每一驱动电路以将电荷感应到连接到所述N个驱动线中的每一者的所述M个感测线中的每一者的每一驱动板上，
在所述测量循环的电荷测量部分期间，控制每一电荷感测电路以分别将每一电荷测量电容器耦合到所述通道中的每一者的所述接收板，以便将在所述测量循环的所述驱动部分期间感应于每一通道的每一接收板上的所述电荷转移到每一相应电荷测量电容器，其中在依序确定每一电荷感测电路的每一电荷测量电容器上剩余的电荷量之前将每一电荷测量电容器同时放电预定量，以识别由于所述物件的所述存在而导致的每一通道的电容的改变。
21.一种感测物件在接近触敏控制面板处的存在的方法，所述触敏控制面板包含包括第一多个驱动线及第二多个感测线的通道矩阵，其中所述通道邻近所述驱动线与所述感测线的相交处而安置，每一通道包括连接到所述驱动线中的一者的驱动板及连接到所述感测线中的一者的接收板，所述驱动线中的每一者连接到相应驱动电路，且所述感测线中的每一者连接到相应电荷感测电路，每一电荷感测电路包含一电荷测量电容器，其中所述方法包括：
在测量循环的驱动部分期间，控制每一驱动电路以将电荷感应到所述通道中的每一者的每一驱动板上，
在所述测量循环的电荷测量部分期间，控制每一电荷感测电路以分别将每一电荷测量电容器耦合到所述通道中的每一者的每一接收板，以便将在所述测量循环的所述驱动部分期间感应于每一通道的每一接收板上的电荷转移到每一相应电荷测量电容器，及
在依序确定每一电荷感测电路的每一测量电容器上剩余的电荷量之前将每一电荷测量电容器同时放电预定量，以识别由于所述物件的所述存在而导致的每一通道的电容的改变。
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