CN103034378B - 电容感测电路、方法和具有导电接触表面的系统 - Google Patents

电容感测电路、方法和具有导电接触表面的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电容感测电路、方法和具有导电接触表面的系统。电容感测设备可以包括：多个感测电极；不导电结构，包括感测电极之上形成的第一区域以及在第一区域之间形成的第二区域，第二区域比第一区域是较少可压缩的；在不导电结构上形成的导电触摸表面；以及至少耦合至感测电极的电容感测电路。

Description

电容感测电路、方法和具有导电接触表面的系统
技术领域
本公开总地涉及接近和/或触摸感测系统，并且更具体地涉及电容接近/触摸感测系统和方法。
背景技术
图15示出现有电容感测系统1500，包括感测电极(一个示出为1502)，接地电极(两个示出为1504-0/1)以及电容感测电路1506。当缺少感测对象 1508(例如，诸如手指的部分身体、触笔或其他导电对象)时，在感测电极 1502和地之间存在电容Cp。感测对象1508的存在引入了电容Cf。
示意图1510示出了由电容感测电路1506感测的电容Cx。Cf根据感测对象1508的接近而变化。特别地，当存在感测对象1508时Cx将变得更大。
现有系统1500包括用作触摸表面的不导电触摸表面1512。不导电触摸表面1512防止感测对象(例如1508)触摸感测电极(例如1502)。缺少这样的不导电触摸表面1512，当感测对象1508与感测电极1508直接接触时，因为它是对地的导体，因此可以增加所有其他感测电极和地之间的电容，对于所有其他感测电极错误地触发触摸指示。
上述限制阻止连续的导电表面上的电容感测。
其他现有感测系统利用除了结合导电感测表面的电容感测之外的感测方法。作为第一个例子，现有系统利用了与导电表面接触的压电传感器。响应于由触摸事件引起的应变，压电传感器可以生成电场。压电传感器的缺点可以包括难于对客户的喜好作出调整的响应、容易受到射频(RF)噪声/干扰的影响 (例如800MHz，1.9GHz信号可以干扰感测结果)，以及元件的成本，因为压电系统可能需要较高精度的模数转换器。
作为第二个例子，机械按钮可以包括导电表面。机械按钮的缺点在于由于移动/接触部件和灰尘/碎片引起的磨损和损坏。其他缺点包括使得机械按钮防水或坚固而导致的花费。此外，对于许多应用，机械按钮可能对于给定设计缺少美感。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种电容感测设备，包括：多个感测电极；不导电结构，包括在感测电极之上形成的第一区域以及在所述第一区域之间形成的第二区域，所述第二区域相比所述第一区域是较少可压缩的；在所述不导电结构上形成的导电触摸表面；以及，电容感测电路，至少耦合至所述感测电极。
根据本发明的另一方面，提供一种电容感测系统，包括：在多个感测电极上形成的导电表面；以及，电容感测电路，响应于感测对象按压感测电极之上的导电表面来检测至少导电表面和每个感测电极之间的电容的变化。
根据本发明的再一方面，提供一种方法，包括：在第一模式中，通过感测触摸表面和触摸表面上的位置之下形成的多个感测电极之间的电容的变化来检测在导电触摸表面上的位置处的触摸。
附图说明
图1A到1C是示出根据实施例的具有导电触摸表面的电容感测系统的图示。
图2是示出根据实施例的具有多层导电触摸表面的电容感测系统的图示。
图3A到3E是示出具有感测电极尺寸和感测电极上形成的对应可压缩区域以及导电触摸表面的形状之间的变化的实施例的横截面图。
图4A到4D是示出根据实施例的具有导电触摸表面的电容感测系统的图示，其中导电触摸表面可以用作接近感测电极。
图5是根据一个实施例的可以提供接近和“按钮”类型感测的电容感测系统的示意图。
图6A到6C是示出根据实施例的感测组件的部件的图示。
图7A到7D是示出现有电容感测系统的感测结果的表格。
图8A和8B示出具有不导电触摸表面的现有电容感测系统。
图9A和9B示出根据一个实施例的电容感测系统，其能够替代图8A所示的电容感测系统。
图10示出根据一个实施例的消费电子系统。
图11示出根据另一个实施例的消费电子系统。
图12A和12B是示出根据另一个实施例的输入系统的图示。
图13是根据实施例的方法的流程图。
图14是根据另一个实施例的方法的流程图。
图15是现有电容感测系统的示意框图。
具体实施方式
现在将描述示出电容感测电路、系统和方法的各种实施例，其可以利用需要不导电的触摸表面的传统方法实现之外的能够进行电容感测应用和能力的导电触摸表面。
在下面所示的各种实施例中，相似的部分由相同的附图标记表示，但是第一位数字对应于图号。
图1A和1B示出根据实施例的电容感测系统100。系统100包括导电触摸表面102、一个或多个感测电极(1个示出为104)，在触摸表面102和感测电极(例如102)之间形成的不导电结构106，以及电容感测电路108。
导电触摸表面102可以由一层或多层形成，一层由导电材料形成用于与感测对象(即接触触摸表面以指示输入事件的对象)接触。这与如图15所示的可以包括不导电触摸表面1512的现有系统对比强烈。导电触摸表面102可以由适当的导电材料形成，并且在特定实施例中可以包括一个或多个金属层。这样的金属层可以由一种金属或合金组成。在一些实施例中，导电触摸表面102 可以是多个感测电极(例如104)上形成的连续结构。然而，在可选实施例中，导电触摸表面102可以是不连续的，具有形成于其中的开口。
感测电极(例如104)可以形成在触摸表面102之下并且可以与触摸表面 102物理地间隔一定距离。如下所述，在特定实施例中，这样的距离可以响应于接触触摸表面102的感测对象(例如110)而改变。当感测对象(例如110) 接触感测电极之上的触摸表面102时，感测电极能呈现出电容值的改变。由此，在一些实施例中，每个感测电极(例如104)可以用作“按钮”用于感测与其上的部分触摸表面102的接触。
感测电极(例如104)可以从任何合适的导电材料形成。在一个实施例中，感测电极(例如104)可以实质上彼此共面。此外或可选地，感测电极(例如 104)可以与触摸表面102平行。在图1A和1B中，感测电极(例如104)可以形成在基板114上。在更特定实施例中，感测电极(例如104)可以是在印刷电路板(PCB)上形成的导电区域，并且基板114可以是PCB，该PCB中形成有导电层从而将每个感测电极(例如104)连接至电容感测电路108。
不导电结构106可以包括第一部分106-0和第二部分106-1。第一部分106-0可以在垂直于触摸表面102的方向上形成在每个感测电极(例如104) 和导电触摸表面102之间。第二部分106-1可以在平行于触摸表面102的方向上形成在第一部分106-0之间。第一部分106-0可以比第二部分106-1更可压缩。在一个实施例中，当感测对象(例如110)向下按压触摸表面102时，触摸位置下面的第一部分106-0可以比第二部分106-1压缩更多，从而减小对应的感测电极(例如104)和触摸表面102之间的距离，并且由此增加电容。
在一些实施例中，不导电结构106可以是位于感测电极(例如104)之上的刚性的不导电层，并且第一部分106-0可以是在这样的覆层中形成的开口。第二部分106-2可以是在这样的开口之间的固态区域。在更特定实施例中，不导电结构106可以是其中形成有开口的聚合物，更特别地是丙烯酸树脂。在其他实施例中，不导电结构106可以包括玻璃或任何其他适合的不导电材料。
电容感测电路108可以是任何适合的电容感测电路，用于对于至少每个感测电极(例如104)检测电容的变化。如图1A所示，适合的电容感测电路112-0 包括但不局限于：∑-Δ调制(CSD)电容感测电路112-0、逐次逼近寄存器 (CSA)电容感测电路112-1或积分型电容感测电路112-2。
图1A示出触摸事件之前的系统100。缺少感测对象110时可以存在感测电极(例如104)和触摸表面102之间的初始距离(d1)。在特定实施例中，触摸表面102可以连接至地，以及由电容感测电路108测量的电容(Cinit)可以由很好理解的关系Cinit＝ε×(A/d1)给出，其中ε是感测电极104和触摸表面102之间的电介质的介电常数，并且A是由感测电极104和触摸表面 102的对应部分表示的平行板的面积。
图1B示出了在触摸事件过程中的系统100。触摸表面102可以连接地。感测对象110可以接触触摸表面102并且使得感测电极(104)和触摸表面102 之间的距离从d1减小到d2。结果，电容感测电路108测量的电容可以是Ctouch ＝ε×(A/d2)，其中d2＜d1。
尽管图1A和1B示出了应用自电容感测的系统，但可选实施例可以利用互电容感测。图1C示出这样的实施例的一个例子。
图1C示出具有与图1A类似项目的系统100’。然而，与图1A不同，在图1C中，导电触摸表面102可以通过发射信号TX驱动。当对象按压在导电触摸表面102时，导电触摸表面102和感测电极(例如104)之间的互电容(Cm) 可以增加，由此减小了二者之间的距离。
以这种方式，可以电容感测导电表面上的触摸。
图2示出根据另一个实施例的电容感测系统200。系统200可以包括如图 1A和1B所示的项目，并且这样的项目经过与图1A/1B的实施例所示的相同变化。
图2与图1A和1B的不同之处在于导电触摸表面202可以包括多层202-0， 202-1。顶层202-0(即触摸的层)可以是导电层，而一个或多个底层(例如 202-1)可以是不导电的或导电的。在一个特定实施例中，顶层202-0可以是导电涂层，而底层202-1可以是柔性板，例如仅作为一个示例的塑料。
上面的实施例示出了其中可压缩区域(例如开口)可以具有与对应的感测电极相同的宽度(其中在平行于触摸表面302的方向上确定宽度)的系统。然而，其他实施例可以包括可压缩的部分对应的感测电极之间尺寸的变化。
图3A和3B示出具有图1A和2类似特征的感测系统300-A/B。图3A与上述实施例的不同之处在于可压缩部分306-0A的宽度(Wp)可以大于对应的感测电极304-A的宽度(Ws)。由此，可压缩部分(例如开口)可以延伸超出对应的感测电极的一些或所有边缘。
图3B与上述实施例的不同之处在于可压缩部分306-0B的宽度(Wp)可以小于对应的感测电极304-B的宽度(Ws)。由此，感测电极可以延伸超出对应的可压缩部分的一些或所有边缘。
尽管这里所示的实施例包括平坦的触摸表面，可选实施例可以包括具有其他不同表面形式的触摸表面。图3C-3E示出在触摸表面形状变化的三个例子。图3C到3E示出触摸表面302C、302D和302E如何能具有升到相同表面的其他部分之上的部分和/或降到相同表面的其他部分之下的部分。这样的特征可以提供感测电极位于哪里(以及由此可以触摸表面的哪里)和/或机械弹簧效果的触觉指示。
应该理解到图3C到3E仅是许多可选实施例中的一些。
上述实施例示出了具有导电触摸表面(下面形成有感测电极)的电容感测系统。可选实施例可以有利地利用导电触摸表面作为基于电容的接近感测电极。在这样的实施例中，系统可以在接近感测模式和触摸感测模式之间切换。现在将描述具有这样的能力的特定实施例。
图4A和4B示出具有与图1A/B的部分类似的部分的系统400。图4A/B 与图1A/B的不同之处在于电容感测电路408可以包括触摸感测电路416、接近感测电路418、控制器420和模式开关422。触摸感测电路416可以检测感测电极404和导电触摸表面402之间的电容的变化。接近感测电路418可以感测关于触摸表面40的电容变化(例如触摸表面402和地之间的电容)。应该理解触摸感测和接近感测电路(416和418)可以包括相同的电路元件、共享一些电路元件或者可以是分立电路。
控制器420可以控制电容感测电路408的感测操作，包括模式开关422 的操作。如下面更详细的描述，控制器420可以在不同操作之间切换系统400。
模式开关422可以根据操作的模式在不同节点之间选择性地切换触摸表面402。在所示的特定实施例中，开关电路422可以包括在接近感测电路418 和地节点424之间切换触摸表面402的复用器。
图4A示出为第一模式的操作配置的系统。响应于来自控制器420的模式信号，模式开关422可以将导电触摸表面402连接至接近感测电路418。触摸感测电路416可以是未激活的(deactivate)。在第一模式中，触摸表面402的电容可以由接近感测电路418感测以检测接近感测对象410’何时接近触摸表面402。在一个实施例中，当检测到感测对象410’的接近时，控制器可以切换到第二操作模式。
图4B示出对于第二操作模式配置的系统。响应于来自控制器420的模式信号，模式开关422可以将导电触摸表面402连接至地节点424。此外，可以激活触摸感测电路416，而接近感测电路418可以是未激活的。在第二模式中，可以感测感测电极(例如404)的电容以确定在这样的感测电极之上的触摸表面402上是否发生了触摸。
图4C和4D示出了具有与图4A/B的部分类似的部分的系统400’。图4C/D 与图4A/B的不同之处在于在第二操作模式中模式开关422可以将触摸表面 402连接至发射信号驱动器电路409。然后触摸感测电路416可以应用互电容感测以检测感测电极(例如404)之上的触摸。
以这种方式，电容感测系统可以利用在一种模式下用于接近感测的导电表面，并且在另一种模式下作为导电电容感测触摸表面。
图5示出根据另一个实施例的电容感测系统500。在十分特定的配置中，系统500可以是图4A/B所示的一个特定实施方式。
系统500可以包括导电触摸表面502、在触摸表面502之下形成的感测电极504-0到504-5，以及电容感测电路508。电容感测电路508可以包括模式切换电路522、∑-Δ调制(CSD)电路512-0、控制器520和元件526。模块切换电路522可以包括触摸表面MUX 522-0和电极MUX 522-1。触摸表面 MUX 522-0可以响应于模式信号MODE在感测节点528和地节点524之间切换触摸表面502。电极MUX 522-1可以响应于选择信号SEL将任何感测电极 (504-0到504-5)连接至感测节点528。
CSD电路512-0可以检测在感测节点528的电容改变。在所示的特定实施例中，CSD电路512-0可以包括充电开关530-0、采样开关530-1、放电开关 530-2、比较器532、锁存器534、振荡器电路536、伪随机序列发生器538、门电路540、模数转换器/脉冲宽度调制器(ACDPWM)542、以及定时器544。根据已知的∑-Δ调制电容感测技术，开关530-0到530-1可以形成开关电容器电路，用于充电调制电容器(Cmod)。调制电容器(Cmod)通过泄露电阻 RB放电。由比较器532生成的脉冲可以由定时器544转换为计数值(CNT)。这样的计数值可以作为感测的电容值提供给控制器520。
元件526可以包括为了要被感测的期望待电容、期望响应速度和/或触摸敏感度而选择的无源电路元件。在所示的实施例中，元件可以包括调制电容 Cmod和泄露电阻RB。
控制器520可以存储和/或访问阈值，以确定感测事件。在所示的特定实施例中，控制器520可以包括用于存储一个或多个接近阈值的存储位置546-0 以及用于存储与每个感测电极相对应的一个或多个按钮阈值的存储位置 546-1。控制器520还可以包括比较器电路(由548表示)，用于比较存储位置 (546-0，546-1)中的阈值和从定时器544输出的计数值(CNT)。
在特定实施例中，控制器520可以包括执行存储的指令的处理器。在这样的实施例中，比较器548可以由处理器的算术逻辑电路(ALU)形成。然而，在可选实施例中，所有或部分控制器520可以由定制电路和/或可编程电路形成。
已经描述了系统500的各个部分，现在将描述系统的两个操作模式。
在第一操作模式中，系统500可以操作在接近感测模式中，确定导电对象是否接近于触摸表面502。在第一模式中，控制器520可以生成使触摸表面 MUX 522-0将触摸表面502连接至感测节点528的模式信号(MODE)，以及将感测电极(504-0到504-5)从感测节点528断开的选择信号SEL。CSD电路512-0可以基于感测节点528和地节点524之间的感测的电容值Cx开始生成计数值(CNT)。控制器520可以比较计数值(CNT)和存储位置546-0中的接近阈值。如果计数值超过接近阈值，控制器520可以确定接近感测对象 (510’)处于触摸表面502的附近。在特定实施例中，当检测到对象的接近时，系统500可以切换到第二模式。
在第二操作模式中，系统500可以感测在任何感测电极(504-0到504-5) 上的触摸表面502上是否发生触摸，使得感测电极(504-0到504-5)上的区域操作作为触摸“按钮”。控制器520可以生成使触摸表面MUX 522-0将触摸表面502连接至地节点524的模式信号(MODE)。此外，控制器520可以生成可以将每个感测节点(504-0到504-5)顺序地连接至感测节点528的选择信号SEL。CSD电路512-0可以基于感测的电容Cx生成计数值(CNT)，感测的电容Cx表示感测电极(504-0到504-5)和触摸表面502之间的电容变化。控制器520可以比较每个感测电极(504-0到504-5)(即按钮)的计数值(CNT) 和存储位置546-1中的对应的按钮阈值。如果计数值超过按钮阈值，控制器520 可以确定在对应的感测电极(504-0到504-5)上发生了触摸。
可以理解控制器可以包括各种额外处理，该各种额外处理在计数值(CNT) 与阈值比较之前和/或之后对计数值(CNT)进行操作。这样的额外处理包括但不局限于关于计数值和阈值界限(threshold limit)的过滤和/或滞后。
尽管系统500可以以各种电路形式实现，在一个特定实施例中，电容感测电路508可以以片上可编程系统器件形成，例如由美国加州圣何塞的Cypress 半导体公司制造的和/或器件。
图6A到6C示出在实施例中可以包括的感测组件的元件。图6A示出了底部部分650。底部部分650可以是其上具有组成图案的感测电极(一个示出为604)的PCB。在所示的特定实施例中，感测电极(例如604)是4×4阵列成形的圆形。然而，感测电极可以根据期望的应用具有任何适合的形状。感测电极(例如604)可以具有与对应的导线652的导电连接。导线652可以连接至电容感测电路(未显示)。
图6B示出位于底部部分650之上的可以被附接的不导电结构606。在所示的特定实施例中，不导电结构606可以是单个的相对刚性的板，其中形成有开口(一个示出为606-0)。开口606-0可以形成关于触摸面板(未显示)的可压缩区域。开口之间的区域(示出为606-1)可以形成较小或不可压缩的区域。在所示的特定实施例中，开口(例如606-0)可以具有与底部部分604的感测电极(例如604)相同的尺寸，并且可以与底部部分604的感测电极垂直地排列。然而，如参考图3A/3B所理解的，开口(例如606-0)可以具有与对应的感测电极不同的尺寸。不导电结构606可以由任何适合的不导电材料制成，包括图1A/1B中的项目106的材料，或者等效材料。不导电结构606可以物理地附接于底部结构650。
图6C示出了根据实施例的导电触摸表面602。触摸表面602可以是附接于不导电结构606的完整的导电结构。在特定实施例中，触摸表面602可以具有均匀的厚度，并且可以是金属板，这仅为一个例子。
应该理解到图6A到6C仅显示了一个特定实施例，这不应该被解释为限制本发明。
图7A到7D是示出现有感测系统的实验结果的表格。每个表格包括下面的列：按钮尺寸，其以毫米(mm)示出了感测电极的直径；气隙，其以毫米示出了没有对象触摸触摸表面时触摸表面和感测电极的距离(即，开口的垂直深度)；原始计数值，示出了由CSD类型的电容感测电路生成的多个原始计数值(背景计数值)；差异计数值，可以是从对象触摸感测电极之上的触摸表面而得到的计数值的变化；噪声，可以是归因于原始计数值中的噪声的计数值；以及SNR，可以是得到的系统信噪比。
图7A示出了现有设置的结果，其中不导电触摸表面具有1mm的厚度。此外，孔直径(例如不导电结构的可压缩部分)与感测电极的孔直径(即按钮直径)匹配。
图7B示出了现有设置的结果，其中不导电触摸表面具有2mm的厚度，并且孔直径与感测电极直径匹配。
图7C示出了现有设置的结果，其中不导电触摸表面具有1mm的厚度，并且孔直径大于感测电极直径。
图7D示出了现有设置的结果，其中不导电触摸表面具有2mm的厚度，并且孔直径大于感测电极直径。
期望这里描述的实施例可以用于替代或改善现有传统压电、机械按钮和/ 或电容感测系统。在后一种情况下，传统感测电极结构可以与新加的导电触摸表面结合使用以改善应用的功能或美感。图8A到8B 示出这样的情况的例子。
图8A和8B示出了例如用于电子设备例如监视器或电视的传统电容感测输入结构801。输入结构801可以包括PCB 850和不导电触摸表面803。感测电极(S0到S5)(一个示出为804)可以是在PCB 850的表面上形成的图案层。在特定实施例中，不导电触摸表面803可以是塑料层。感测电极804可以具有通过PCB 850与导线852的导电连接。
在一个实施方式中，PCB 850可以具有大约1mm的厚度(tb)并且不导电触摸表面803可以具有大约1.6mm的厚度(tn)。
当感测对象810接近感测电极804时，可以引起关于感测电极的电容的变化。
图8B是示出图8A的传统结构的感测结果的表格。图8B的表包括下面的列：传感器，其识别传感器；噪声，可以是归因于噪声的计数值；原始计数值，可以示出由CSD类型电容感测电路生成的多个原始计数值；Cp，可以是有系统感测的电容(皮法拉为单位)；SNR，可以是得到的系统信噪比。图8B 示出当在感测电极上没有手指(没有手指存在)时以及感测电极上存在手指(手指存在)时的计数值和电容值。
图9A和9B示出了根据实施例的电容感测输入结构956。在特定实施例中，输入结构956可以用作图8A所示的结构的替代。输入结构956可以包括 PCB 950、不导电结构906和导电触摸表面902。如在图8A所示的情况，感测电极(S0到S5)(一个示出为904)可以是在具有与导线952的导电连接的 PCB950的表面上的图案层。不导电结构906可以是塑料层，具有可压缩的部分(一个示出为906-0)和较少可压缩的部分(一个示出为906-1)。在一个实施例中，不导电结构906可以是塑料层并且可压缩的部分906-0可以是在塑料层中形成的开口。在一个实施例中，PCB 950可以实质上与传统电容感测系统 801中使用的PCB相同。
在一个实施方式中，PCB 950可以具有大约1mm的厚度(tb)并且不导电结构906可以具有大约1.2mm的厚度(tn)，并且导电触摸表面902可以具有大约0.2mm的厚度(ts)。由此，实施例956可以具有适于替代图8A的形状因数。
当感测对象910接触感测电极(S0到S5)之上的触摸表面902(例如轻柔地按压)时，可能发生感测电极和触摸板之间电容的改变，指示触摸事件。
图9B是示出图9A的实施例的感测结果的表格。图9A的表格包括与图 8B的表格相同的列。
在特定实施例中，电容感测输入结构956可以包括背光灯，该背光灯可以从后面照射触摸表面902。在一个非常特定的实施例中，光源951可以位于PCB 之后并且向PCB 950的背面提供光(例如953)。PCB 950和/或触摸表面902 可以具有使得光能够照射通过的开口。
以这种方式，具有导电触摸表面的感测系统可以用于具有使用不导电触摸表面的传统电容感测的应用。
本发明的实施例可以包括各种电子和/或电机设备，该设备使用这里描述的导电触摸表面或等效物进行电容感测。仅作为一些例子，这里描述的系统可以包括电子产品、自动化产品、装置(例如大型家用电器)以及机动、航空和 /或航海设备。下面将描述这样的实施例的特定例子。下面的实施例可以基于这里所述的导电触摸表面和感测电极之间的电容的变化或等效物利用触摸感测。此外，这样的实施例还可以包括与这样的触摸感测结合的接近感测，其中导电触摸表面被用作接近感测电极。
图10示出了根据特定实施例的系统1058。系统1058可以是其上形成有导电触摸表面1006的显示设备。触摸表面1006可以形成如上述实施例类似的感测系统1000的部分(示出为横截面)。在特定实施例中，为了期望的美观，触摸表面1006可以是较大连续金属表面的一部分。这样的连续表面也可以具有高的防潮性从而易于清洁。
图11示出了根据实施例的另一个系统1158。系统1158可以是家用电器。如图10中的情况，家用电器可以包括导电触摸表面1106以控制系统1158。在特定实施例中，触摸表面1106可以是较大的连续金属表面的一部分，用于图10的实施例中提到的优点。
图12A和12B示出了根据实施例的另一个系统1258。系统1258可以是设备例如自动出纳机(ATM)的触摸表面，这仅是一个实施例。图12A示出了触摸表面1206的顶面俯视图。图12B示出了如图12A的线B-B所示的穿过部分触摸界面的侧面横截面视图。
图12A/B示出系统1258如何可以包括触摸表面1206上的触觉特征(一个示出为1260)以描述触摸位置。以这种方式，“按钮”可以是连续的导电结构的指定区域，并且没有机械按钮集成到表面上。触觉特征(例如1206)可以描述“按钮”中心位置、按钮周边或二者。
图12B示出与图1A类似的项目，并且这样的项目可以由与图1A相同或等效结构形成。此外，图12B示出触觉特征(例如1260)如何可以识别连续的接触表面1202上的触摸位置(例如“按钮”)。
尽管上述实施例已经示出了系统、电路和相关方法，下面将参考多个流程图描述额外的方法实施例。
图13示出根据一个实施例的方法1370。方法1370可以包括监控导电触摸表面和触摸表面下面形成的多个感测电极中的一个感测电极之间的电容 (1372)。在特定的实施例中，这样的动作可以包括将触摸表面连接至地，并且感测每个感测电极和地之间的电容。此外，这样的感测可以包括任何适合的电容感测方法。在特定实施例中，这样的电容感测可以包括如这里所述的∑- Δ调制电容感测，或者等效电容感测方法。
如果感测的电容大于指示触摸所需的最小电容改变(ΔC_touch)(1374 的Y)，可以指示触摸(1376)。这样的动作可以包括对于特定电极指示触摸事件，从而使得电极能够操作为“按钮”。在指示触摸之后，方法1370可以进行到1378。如果感测的电容值没有处于范围之外(1374的N)，方法1370可以确定是否已经达到最后一个感测电极1378。
如果没有达到最后一个感测电极(1378的N)，方法1370可以进行到下一个感测电极1382，并且然后返回到1372。如果达到最后一个感测电极(1378 的Y)，方法1370可以转到第一个感测电极1382，并且然后返回到1372。
图14示出根据另一个实施例的方法1470。方法1470可以包括将模式设置为接近感测模式(1482)。导电触摸表面可以连接至电容感测电路(1484)。触摸表面与地之间的电容(Cs)可以被感测(1486)。这样的动作可以包括这里的实施例描述的任何感测方法或等效物。如果感测的电容不大于最小电容值改变(ΔC_prox)(1488的N)，方法1470可以返回到1486并且可以继续使用触摸表面进行接近感测。最小值电容改变(ΔC_prox)可以是用于确定对象是否处于触摸表面的附近的值。这样的值可以根据操作环境和/或应用而改变。
如果感测的电容大于最小电容值改变(ΔC_prox)(1488的Y)，方法1470 可以切换到触摸感测模式(1490)。导电触摸表面可以连接至地(1494)。可以设置多个电极的感测电容的初始值。在所示的实施例中，这可以包括将电极选择值(i)设置为零，并且启动到时计数器(time out counter)(1492)。
选择的感测电极可以被连接至电容感测电路(1496)。触摸表面和选择的电极之间的电容可以被感测(1498)。这样的动作可以包括这里描述的实施例的任何感测方法以及等效物。如果感测的电容值大于最小电容(ΔC_touch) (1499的Y)，方法1470可以确定已经在对应于选择的电极的“按钮”处发生了触摸，并且可以复位定时器(1497)。例如，可以向系统的其他部分提供这样的触摸指示作为输入事件。
如果感测的电容值不大于最小电容(ΔC_touch)(1499的N)，方法1470 可以检查是否已经达到最后的感测电极(i＝imax)(1495)。如果没有达到最后的感测电极(1495的N)，可以选择下一个感测电极(1493)。如果已经达到最后的感测电极(1495的Y)，方法1470可以检查定时器是否达到到时界限 (timeout limit)(1491)。如果没有的达到到时界限(1491的N)，方法1470 可以返回到1492以重复感测电极的扫描。如果已经达到到时界限(1491的Y)，方法1470可以返回到1482并且进入接近感测模式。
实施例可以使得能够在导电表面上输入触摸输入。这样的实施例通过使得连续的金属表面用作触摸表面来提供高度期望的美感。此外，这样的实施例可以提供更多的防水设计，因为可以从单个金属板形成连续的感测表面。
应该理解到说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。由此，应该强调或者应该认识到在本发明的不同部分中对于“实施例”、“一个实施例”或“可选实施例”的两个或更多参考不必均参考相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在本发明的一个或多个实施例中被适当地组合。
类似地，应该理解到在本发明的示例实施例前述描述，为了简化公开来帮助理解一个或多个不同发明方面，有时候在单个实施例、图及其描述中将本发明的各种特征组合在一起。然而，该公开的方法不能解释为反映权利要求书要求比在每个权利要求中表示的特征更多的特征的意图。而是，本发明的方面在于少于单个前述实施例描述的所有特征。由此，具体实施方式所附的权利要求书由此特别地并入具体实施方式，每个权利要求本身作为本发明的单个实施例。

Claims (20)

1.一种电容感测设备，包括：
多个感测电极；
不导电结构，包括在所述感测电极之上形成的第一区域以及在所述第一区域之间形成的第二区域，所述第二区域相比所述第一区域是较少可压缩的；
在所述不导电结构上形成的导电触摸表面；以及
电容感测电路，至少耦合至所述感测电极，其中所述电容感测电路被配置为通过操作开关电路从接近感测模式切换到触摸感测模式。
2.根据权利要求1所述的电容感测设备，其中，
所述感测电极包括印刷电路板的导电区。
3.根据权利要求1所述的电容感测设备，其中，
所述不导电结构包括刚性层，并且所述第一区域包括所述刚性层中的开口。
4.根据权利要求1所述的电容感测设备，其中，
所述感测电极和第一区域在平行于触摸表面的方向上具有宽度，并且至少一个第一区域的所述宽度选自：与对应的感测电极的宽度相同的宽度；比对应的感测电极的宽度小的宽度；以及比对应的感测电极的宽度大的宽度。
5.根据权利要求1所述的电容感测设备，其中，
所述导电触摸表面包括所述感测电极上形成的连续结构。
6.根据权利要求1所述的电容感测设备，其中，
所述导电触摸表面选自：刚性金属层；柔性导电层；在柔性不导电层上形成的导电涂层。
7.根据权利要求1所述的电容感测设备，其中：
所述开关电路选择性地将至少一个感测电极连接至电容感测电路；
所述电容感测电路包括Σ-Δ调制电容感测电路；以及
所述电容感测电路响应于检测到对象接近所述导电触摸表面而从所述接近感测模式切换到所述触摸感测模式。
8.一种电容感测系统，包括：
在多个感测电极上形成的导电表面；以及
电容感测电路，响应于感测对象按压感测电极之上的导电表面来检测至少所述导电表面和每个感测电极之间的电容的变化，其中所述电容感测电路被配置为操作开关电路以从接近感测模式切换到触摸感测模式。
9.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中，
所述导电表面包括连续导电层；并且
所述感测电极实质上与触摸电极共面并且平行于所述触摸电极。
10.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中，
电容感测电路包括：
存储器，用于为每个感测电极存储至少一个接近阈值和至少一个触摸阈值；以及
至少一个比较器电路，被配置为比较从所述导电表面读取的电容和接近感测阈值以及比较每个感测电极的电容读数及其对应的触摸阈值。
11.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中：
所述开关电路在第一模式中将所述导电表面耦合至感测节点，以及在第二模式中选择性地将感测电极耦合至所述感测节点。
12.根据权利要求11所述的电容感测系统，其中，
所述开关电路还在所述第二模式中将所述导电表面耦合至地节点。
13.根据权利要求8所述的电容感测系统，还包括：
不导电覆层，包括在所述导电表面和每个感测电极之间形成的第一区域和在第一区域之间形成的第二区域，响应于按压所述导电表面，所述第一区域比所述第二区域是更可压缩的。
14.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中，
所述导电表面包括电子设备的表面。
15.一种方法，包括：
在第一模式中，通过感测触摸表面和所述触摸表面上的位置之下形成的多个感测电极之间的电容的变化来检测在导电触摸表面上的位置处的触摸；
在第二模式中，检测对象接近所述触摸表面；以及
通过操作开关从所述第二模式切换到所述第一模式。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
感测电容的变化包括检测所述触摸表面和所述感测电极之间的距离变化而引起的电容变化。
17.根据权利要求15所述的方法，其中：
检测所述对象接近所述触摸表面包括感测关于所述触摸表面的电容的变化。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
操作所述开关包括在第二感测模式中将所述触摸表面连接至电容感测电路。
19.根据权利要求17所述的方法，其中：
从所述第二模式切换到所述第一模式包括响应于在所述第二模式中检测到对象接近所述触摸表面而操作所述开关。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，
检测触摸包括检测按压每个感测电极和所述触摸表面之间形成的第一区域的触摸，其中所述第一区域在第二区域附近形成，所述第二区域比所述第一区域是较少可压缩的。
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