CN103164096A - 触摸传感接口电路 - Google Patents

Abstract

触摸传感接口（101）包括噪声触摸传感电路（110），所述噪声触摸传感电路利用触摸面板（102）中的电磁（EM）噪声来确定触摸面板的一个衬垫是否被触摸，例如被用户的手指触摸。噪声触摸传感电路在触摸面板的第一衬垫（104）和第二衬垫（105）中检测噪声，比较第一衬垫中噪声的功率与第二衬垫中噪声的功率，以及当第一衬垫中噪声的功率超过第二衬垫中噪声的功率一个预选值时，输出信号（132）以指示第一衬垫被触摸。触摸传感接口可以包括电容式触摸传感电路（120）和控制器（130），所述控制器选择性地驱动噪声触摸传感电路和电容式触摸传感电路。

Description

触摸传感接口电路

技术领域

本发明通常涉及一种触摸传感接口电路，更具体地涉及一种可以被使用在有噪声的电磁条件下的触摸传感接口电路。

背景技术

当用户的手指正在触摸或者非常接近（例如距离几毫米）触摸面板的触摸衬垫时，耦合至触摸面板的触摸传感接口电路识别到触摸的发生。

在正常条件下，电容式触摸传感接口电路通常提供好的效果，但是当遭受电磁（EM）攻击时，其操作可能会被干扰。电磁攻击发生在由电路外部发出的电磁噪声或外部电磁噪声干扰电路的操作的时候。

外部电磁噪声的幅度、频率和持续时间可以以未知的方式改变。因为外部电磁噪声的功率相对于用于低功耗电容式触摸传感接口电路的操作的信号的功率来说较高，因此由于外部电磁噪声而导致的电容式触摸传感接口电路的操作干扰更有可能发生在低功耗电容式触摸传感接口电路中。

很多电容式触摸传感接口电路将内部时间基准与充电或振荡的外部时序进行比较，所述充电或振荡依赖于触摸的存在或不存在。一个已知的电容式触摸传感接口电路确定外部振荡频率与内部振荡频率的比率。触摸引起电容改变，电容的改变改变所述比率，并且因此，触摸被检测到。

附图说明

本发明通过实例被说明并且不被附图所限定，附图中相同的附图标记表示相同的元件。出于简单清楚表示图中元件的目的，图中元件不一定是按比例进行绘制的。

图1是触摸传感接口系统的简化功能框图，包括根据本发明的实施例的触摸面板和噪声触摸传感电路。

图2是图1所示触摸面板和噪声触摸传感电路的一个实施例的更详细的示意图和框图。

图3是存在于图1和图2所示的触摸传感接口系统中示例性信号的曲线图。

图4是供图1所示的触摸传感接口系统使用的触摸检测方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

图1是触摸传感接口系统100的一个实施例的简化的功能框图。触摸传感接口系统100包括耦合至触摸面板102上的触摸传感接口101。触摸面板102包括多个触摸衬垫103，所述触摸衬垫103包括测量衬垫104和至少一个相邻衬垫105。所述至少一个相邻衬垫105是最接近测量衬垫104的触摸衬垫（以下还写作“衬垫”）。在一个实施例中，触摸传感接口101驻于集成电路106中，并且触摸面板102在该集成电路之外。在一个实施例中，触摸传感接口101包括根据本发明的一个实施例的噪声触摸传感电路110和电容式触摸传感电路120。噪声触摸传感电路110有利地检测外部电磁噪声（以下还写作“噪声”）。噪声的检测有两个作用。第一个作用是确定噪声的功率是否足以干扰电容式触摸传感电路120的操作。第二个作用是当存在足够的噪声时，使用噪声本身检测触摸的发生。无噪声的检测还可以被用来验证来自电容式触摸传感电路120的结果。

在图1示出的实施例中，触摸面板102被耦合至噪声触摸传感电路110和电容式触摸传感电路120。在另一实施例中（未示出），触摸传感接口101仅包括根据本发明的噪声触摸传感电路110，以及触摸面板102被耦合至噪声触摸传感电路110。触摸传感接口101包括被耦合至噪声触摸传感接口110和电容式触摸接口120的控制器130。触摸传感接口101包括被耦合至噪声触摸传感接口110、电容式触摸接口120和控制器130的时钟140。时钟140可以包括各种计时电路。控制器130输出触摸传感输出信号150。基于触摸传感输出信号150的值，触摸传感接口101提供测量衬垫104已被触摸（例如被用户的手指）的指示，或者提供测量衬垫没有被触摸的指示。

根据来自时钟140的信号，在图1中所示的触摸传感接口101的实施例中，控制器130产生交替的电容传感间隔和噪声传感间隔。控制器130在每个电容传感间隔期间激活电容式触摸传感电路120，以及控制器在每个噪声传感间隔期间激活噪声触摸传感电路110。在每个电容传感间隔期间，电容式触摸传感电路110将其操作结果通过线路131输出至控制器130。在电容传感间隔期间，如果电容式触摸传感电路120能够肯定地确定触摸是否已发生，那么控制器130根据具体情况使触摸传感接口101提供测量衬垫104是否已被触摸的指示。在电容传感间隔期间，如果电容式触摸传感电路120不能肯定地确定触摸是否已发生，那么控制器130在下一个噪声传感间隔期间激活噪声触摸传感电路110。在另一实施例中，在电容传感间隔期间，如果电容式触摸传感电路120不能肯定地确定触摸是否已发生，那么控制器130立即开始噪声传感间隔。在每个噪声传感间隔期间，噪声触摸传感电路110将其操作结果通过线路132输出至控制器130。

图1所示的噪声触摸传感接口110的实施例包括用于测量测量衬垫104上的噪声功率的第一噪声功率检测器111，以及用于测量相邻衬垫105上的噪声功率的第二噪声检测器112。第一噪声功率检测器111的输出信号代表测量衬垫104上的噪声功率。第二噪声功率检测器112的输出信号代表相邻衬垫105上的噪声功率。第一噪声功率检测器111和第二噪声功率检测器112可以使用峰值检测、均方根（RMS）检测或者另一种类型的检测来测量噪声。虽然根据用来测量噪声的方法噪声测量值可能会有所不同，但是噪声测量的比率不受使用的功率检测类型影响。

第一噪声功率检测器111和第二噪声功率检测器112被耦合至噪声功率比较器116，所述噪声功率比较器比较第一噪声功率检测器111的输出信号值和第二噪声功率检测器112的输出信号值。噪声功率比较器116基于第一噪声功率检测器111检测到的噪声功率的幅度和第二噪声功率检测器112检测到的噪声功率的幅度来输出信号。噪声功率比较器116输出信号，该信号的值代表a)触摸已发生，b)触摸没有发生，或者c）在测量衬垫104中的噪声功率和/或在相邻衬垫105中的噪声功率的幅度使得既不能做出触摸的确定也不能作为无触摸的确定。例如，当手指接触或者非常接近测量衬垫104时，触摸发生。当手指接触或者非常接近测量衬垫时，由于外部噪声被引至测量衬垫（所述外部噪声来自触摸传感接口系统110的外部），则测量衬垫104中的噪声功率增强。同时，外部噪声被引至相邻衬垫105比外部噪声被引至测量衬垫104的程度小得多，这是因为根据定义，手指到相邻衬垫的距离比到测量衬垫的距离更大。由于电容C与手指到衬垫的距离d成反比，即，Cα1/d，因此在手指和被触摸衬垫（例如测量衬垫104）之间的电容远远大于手指和另外的衬垫（例如相邻衬垫105）之间的电容。

当第一噪声功率检测器111的输出信号值超出第二功率检测器112的输出信号值一个预选量时，噪声功率比较器116输出TOUCHDETECT信号。预选量基于触摸面板的结构和实验性的尝试。在一个实施例中，当第一噪声功率检测器111的输出信号值超出第二功率检测器112的输出信号值大约10dB时，噪声功率比较器116输出TOUCH DETECT信号。

当以下两个条件都得到满足时，噪声功率比较器116输出NOTOUCH信号：第一，第一噪声功率检测器111的输出信号值不超过第二功率检测器112的输出信号值一个预选量，以及第二，第一噪声功率检测器111的输出信号值至少在预选水平。第一噪声功率检测器111的输出信号值至少在预选水平意味着足够的外部噪声被引入触摸面板以使得噪声触摸传感电路110运行。例如，当第一噪声功率检测器111的输出信号值接近第二噪声功率检测器112的输出信号值时，第一种条件可能发生，这有可能是手指距离测量衬垫104和相邻衬垫105都远的情况。手指距离测量衬垫104和相邻衬垫105都远，根据定义，是“没有触摸”的情况。

当第一噪声功率检测器111的输出信号值不是至少在预选水平时，噪声功率比较器116输出INCONCLUSIVE信号。第一噪声功率检测器111的输出信号值不是至少在预选水平意味着没有足够的外部噪声被引入触摸面板以使得噪声触摸传感电路110运行。在一个实施例中，INCONCLUSIVE信号导致控制器130立刻开始电容传感间隔。在另一实施例中，尽管有INCONCLUSIVE信号，电容传感间隔在其预定时间开始。

控制器130表示触摸传感接口101的硬件、软件和/或固件组件，其被配置以控制触摸传感接口的组件的操作。控制器130可由通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、任何合适的可编程逻辑设备、离散门或者晶体管逻辑、离散硬件组件或者它们中的任意组合来实现。控制器130包括处理逻辑，所述处理逻辑可以被配置来执行与触摸接口101的操作相关联的功能、技术和处理任务。在此公开的方法的步骤可以被实现在硬件、固件、由控制器130执行的软件模块或者它们的组合上。

典型地，测量衬垫104的噪声类型（包括幅度、频率、相位和持续时间）与相邻衬垫105的噪声类型一样。然而，当手指接近测量衬垫104时，从测量衬垫104耦合至噪声触摸传感电路110的噪声比从相邻衬垫105耦合到噪声触摸传感电路的噪声多。在一个实施例中，当手指距离测量衬垫104几毫米时，被耦合的噪声量的差值超过20dB。如果有足够的噪声存在，从测量衬垫104被耦合的噪声的幅值与从相邻衬垫105被耦合的噪声的幅值的比率可以被用于检测触摸。

从每个衬垫耦合至噪声触摸传感电路110的噪声量取决于触摸面板102的布局，但是，不管布局如何，从被触摸的触摸衬垫耦合的噪声量与从没有被触摸的触摸衬垫耦合的噪声量的差值总是存在。

在噪声触摸传感电路110的一个实施例中，噪声功率检测器111可以用具有迟滞的比较器来实现，例如施密特触发器，并且随着触摸检测方法的进行，通过改变施密特触发器的正和负的阈值确定噪声功率的幅值或者幅度。该实施例有利地使用了已经普遍使用在一些电容式传感电路中的常见模块。在噪声触摸传感电路110的其它实施例中，使用其它的噪声检测器。

图2是触摸面板102的一个实施例和噪声触摸传感电路110的一个实施例的更详细的示意图和框图。有利地，触摸传感接口电路110可用于与触摸面板102一起在噪声电磁条件下感测触摸。触摸面板102包括测量衬垫（以下也称为衬垫1）104和相邻衬垫（以下也称为衬垫2）105。测量衬垫104包括一端耦合至接地电位和另一端耦合至噪声触摸传感电路110的电容器201。电容器201表示测量衬垫104处的所有电容，并且包括因印刷电路板迹线产生的电容，和因触摸面板102的各层产生的电容。相邻衬垫105包括一端耦合至接地电位和另一端耦合至噪声触摸传感电路110的电容器202。电容器202表示相邻衬垫105处的所有电容，并且包括因印刷电路板迹线产生的电容，和因触摸面板102的各层产生的电容。在一个实施例中，根据触摸面板102的结构，电容器201和电容器202各自具有固定在大约5pF到50pF之间的一个值的电容。

图2还示出了交流电（AC）电压源206，其表示来自触摸面板102和噪声触摸传感电路110之外的噪声。由电压源206表示的噪声包括从靠近触摸面板102的所有类型的源发出的噪声，例如电力线、电气和电子设备和电磁领域的各种发生器。电压源206通过可变电容器207有效地耦合至测量衬垫104。电压源206通过可变电容器208有效地耦合至相邻衬垫105。可变电容器207和208不是离散电容器，而是表示由用户的手指至相应衬垫建立的电容。典型地，分别根据用户手指与测量衬垫104和相邻衬垫105之间的距离，每个可变电容器207和208具有在大约0pF到100pF之间改变的电容。电压源206、可变电容器207和可变电容器208不是触摸传感接口101的一部分并且它们不是触摸面板102的一部分。特别地，电压源206、可变电容器207和可变电容器208不是噪声触摸传感电路110的一部分。

在图2所示的实施例中，噪声触摸传感电路110包括具有耦合至测量衬垫104的输入节点的第一施密特触发器211和具有耦合至相邻衬垫105的输入节点的第二施密特触发器212。噪声触摸传感电路110还包括第一电阻器221，其一端耦合至第一施密特触发器211的输入节点以及另一端耦合至提供固定直流电压的直流电（DC）电压源231。噪声触摸传感电路110还包括第二电阻器222，其一端耦合至第二施密特触发器212的输入节点以及另一端耦合至提供固定直流电压的直流电（DC）电压源232。在一个实施例中，电压源221和电压源231提供在V_cc和接地电位中间的电压V_mid。在一个实施例中，V_cc＝1.7V并且V_mid＝0.85V。在该实施例中，电阻器221和电阻器222各自具有在大约100-200KΩ范围内的电阻。

第一施密特触发器211提供反相输出信号241。第一施密特触发器211的输出节点被耦合至第一反相器251。第二施密特触发器212提供反相输出信号242。第二施密特触发器212的输出节点被耦合至第二反相器252。第一反相器251的输出节点被耦合至计数器1271。第二反相器252的输出节点被耦合至计数器2272。反相器251输出信号261，以及反相器252输出信号262。计数器1271和计数器2272分别为阈值控制器280提供第一施密特触发器211和第二施密特触发器212的输出信号的反转（toggle）计数。阈值控制器280可以包括存储器，所述阈值控制器被编程以输出正阈值V_p1和负阈值V_m1至第一施密特触发器211。阈值控制器280还输出正阈值V_p2和负阈值V_m2至第二施密特触发器212。

响应于在各自的施密特触发器的输入节点上的电压达到施密特触发器的高电压阈值V_p或者低电压阈值V_m，每个施密特触发器211和212的输出改变其状态。

在一个实施例中，每个施密特触发器211和212的输入节点上的固定直流电压V_mid在每个施密特触发器阈值间的中间水平，即，V_mid＝(V_p1+V_m1)/2＝(V_p2+V_m2)/2。

每个计数器271和272计算各自的施密特触发器211和212的输入电压超过当前值V_p的次数。每当计数器1271和计数器2272的值分别增加时，阈值控制器280通过编程量来改变各自的施密特触发器211和212的电压阈值V_m和V_p。

每个施密特触发器211和212具有可编程的V_p和V_m阈值。V_p和V_m阈值通过来自阈值控制器280的控制比特来改变。根据本发明一个实施例的噪声检测方法开始于接近V_mid电压的V_p和V_m以及在计数器1271和计数器2272上的计数为“000”。例如，在一个实施例中，当V_cc是1.7V时，V_mid通常被选择为0.85V。在此实施例中，每个V_p最初被设置为0.87V并且每个V_m最初被设置为0.83V。随着计数的增加，每个施密特触发器211和212的V_p和V_m被设为远离V_mid的电压。对于V_p和V_m的所有选择，V_p+V_m＝V_mid。

当手指接近触摸面板102时，由于手指与触摸面板的接近，有若干有效的电容出现。在这些出现的电容中间有手指到衬垫1的电容C_fp1207和手指到衬垫2的电容C_fp2208。电容C_fp1207和C_fp2208与从各自的衬垫到噪声触摸传感电路110的噪声耦合密切相关。电容C_fp1207和C_fp2208好像它们中的每一个都分别连接在噪声源与衬垫1104和衬垫2105之间。因此，在图2中，电压源206和C_fp1207被显示为彼此串联连接并与衬垫1104的电容器201并联连接。以及因此，电压源206和C_fp2208被显示为彼此串联连接并与衬垫2105的电容器202并联连接。

C_fp1207的值取决于手指到衬垫1104的距离。C_fp2208的值取决于手指到衬垫2105的距离。因此，C_fp1207和C_fp2208可以被建模为可变电容器，如图2所述。当手指接近衬垫1104时，电容C_fp1207变得比电容C_fp2208大得多。因此，衬垫1104和噪声源之间的阻抗Z_fp1变得比衬垫2105和噪声源之间的阻抗Z_fp2低得多，如下所述。

$Z_{\mathrm{fp}2}=\frac{1}{j2\mathrm{\π}{\mathrm{fC}}_{\mathrm{fp}2}}$

$Z_{\mathrm{fp}1}=\frac{1}{j2\mathrm{\π}{\mathrm{fC}}_{\mathrm{fp}1}}$

其中f是噪声的频率。噪声源206和衬垫之间的阻抗越低，从该衬垫到噪声触摸传感电路110耦合的噪声就越多。因此，当衬垫1104被触摸，从衬垫1耦合的噪声比从衬垫2105耦合的噪声大得多。

由于电磁噪声进入触摸衬垫，可能出现电容式触摸传感接口电路120操作的干扰，并且电磁噪声可能影响外部振荡频率的测量。低频率（低于大约150KHz）电磁噪声注入触摸衬垫通常不是问题，因为这些频率的噪声趋向于不被引入触摸衬垫。高频（超过约80MHz）电磁噪声注入触摸衬垫通常不是问题，因为这种情况可以被低通滤波器控制，所述低通滤波器位于至电容式触摸传感接口电路120的输入端。然而，中频（150kHz到80MHz）电磁噪声注入触摸衬垫可能是个问题，因为这种中频足够高到传递由触摸产生的大量的交流电以及因为这种中频电磁噪声通常包括处在或者接近电容式触摸传感接口电路120的工作频率的某个频率。

图3是存在于触摸传感接口系统100中的典型信号的曲线图300。衬垫1104和衬垫2105中的噪声通常是伪随机的以及可以以未知的方式在功率、频率和持续时间上变化，所述噪声被噪声触摸传感电路110有利地使用。为了说明以及简化对噪声传感电路110的操作的描述，在图3中，衬垫1104中的噪声和衬垫2105中的噪声由相同频率和相位、但是不同幅值的正弦信号（波形301和302）表示。在图3所示的例子中，与衬垫1104相关联的噪声由波形301表示以及与衬垫2105相关联的噪声由波形302表示。波形301和波形302是由电压源206表示的相同噪声的不同幅值的简化表示。波形301具有8MHz的频率和峰间值为0.132V的幅度。波形302具有8MHz的频率和峰间值为0.044V的幅度。波形301和波形302表示中频（150kHz-80MHz）噪声的一个示例，所述噪声可以扰乱电容式传感触摸接口电路120的操作。

波形301无论何时达到或者超过与衬垫1104相关联的施密特触发器211的任何增加的阈值电压（V_p1，V_m1），该施密特触发器的输出改变其输出值，即，该施密特触发器输出反转。波形302无论何时达到或者超过与衬垫2105相关联的施密特触发器212的任何增加的阈值电压（V_p2，V_m2），该施密特触发器的输出改变其输出值，即，该施密特触发器输出反转。

如图3所示，当噪声大于V_p1时，由反相器251输出的信号261的值处在逻辑高值。相似地，当噪声大于V_p2时，由反相器252输出的信号262的值处在逻辑高值。当噪声小于V_p1时，由反相器251输出的信号261的值处在逻辑低值。相似地，当噪声小于V_m2时，由反相器252输出的信号262的值处在逻辑低值。

响应于噪声的峰值，每个反相器251和252的输出电压在逻辑“1”和逻辑“0”之间反转。在一个实施例中，如果V_cc＝1.7V，由反相器251和252输出的信号261和262分别地在0V和1.7V之间反转。

第一种情形，即衬垫1104处的电压或者波形301达到或者超过施密特触发器211的阈值电压（V_p1，V_m1）的情形下，计数器1271被预先分配一个值“000”。在一个实施例中，0.2μs之后，衬垫1104处的电压或者波形301达到或者超过施密特触发器211的阈值电压（V_p1，V_m1）的情形下，计数器1271增加1，以及该施密特触发器的阈值电压（V_p1，V_m1）被改变。这发生在反相器251的输出的每个上升沿。

第一种情形，即衬垫2105处的电压或者波形302达到或者超过施密特触发器212的阈值电压（V_p2，V_m2）的情形下，计数器2272被预先分配一个值“000”。在短时间之后，在图3所示的实施例是在0.2μs之后，衬垫2105处的电压或者波形302达到或者超过施密特触发器212的阈值电压（V_p2，V_m2）的情形下，计数器2272增加1，以及该施密特触发器的阈值电压（V_p2，V_m2）被改变。这发生在反相器252的输出262的每个上升沿。

图3所示计数器值以二进制计数。计数器2272计数增加到“001”，但是不再进一步增加是因为与衬垫2105相关联的施密特触发器212的阈值（V_p2，V_m2）不再被达到（crossed）。计数器1271增加直到其达到值“011”，因为衬垫1104的噪声的幅值高于衬垫2105的噪声的幅值。计数器1271不增加超过“011”，因为与衬垫1104相关联的施密特触发器211的阈值（V_p1，V_m1）不再被达到。与计数器271和272的每个计数值相对应的阈值（V_p1，V_m1和V_p2，V_m2）分别地被存储在存储器中。噪声触摸传感电路110被预编程以关联施密特触发器的阈值，所述阈值与对应的计数器271和272的每个计数值相对应。因此，噪声触摸传感电路110能够从相应的计数器271和272的计数值确定测量衬垫104中的噪声幅值与相邻衬垫105的噪声幅值的比率。

如下所述，施密特触发器211的V_p1和V_m1的值由阈值控制器280生成。在一个实施例中，如图3所示，在启动时，计数器1271的值是“000”以及计数器2272的值是“000”，以及第一个（V_p1-V_m1）被预设成0.04V。因此，最初地，V_p1＝0.85+0.04/2＝0.87V，以及V_m1＝0.85-0.04/2＝0.83V。

第二个（V_p1-V_m1）＝0.04*1.3160＝0.053，因此，V_pl≡0.85+0.053/2＝0.876，V_ml＝0.85-0.053/2＝0.824

第三个（V_p1-V_m1）＝0.053*1.3160＝0.070，因此，V_pl≡0.85+0.070/2＝0.885，V_m＝0.85-0.070/2＝0.815

第四个（V_p1-V_m1）＝0.070*1.3160＝0.092，因此，V_pl＝0.85+0.092/2＝0.896，V_ml＝0.85-0.092/2＝0.804

第五个（V_p1-V_m1）＝0.092*1.3160＝0.121，因此，V_pl＝0.85+0.121/2-0.910，V_ml＝0.85-0.121/2≡0.790

第六个（V_p1-V_m1）≡0.121*1.3160＝0.159，因此，V_pl＝0.85+0.159/2＝0.930，V_ml＝0.85-0.121/2＝0.770

.第七个（V_p1-V_m1）＝0.159*113160＝0.209，因此，V_pl＝0.85+0.209/2＝0.955，V_ml＝0.85-0.121/2＝0.745

施密特触发器212的（V_p2-V_m2）的值以类似的方式生成。

在这一个实施例中，（V_p1-V_m1）的值按照比率3^0.25＝1.316逐步改变。比率1.316相当于+2.385dB。换句话说，响应于计数器1271的计数值的每次增加，一个新的（V_p1-V_m1）值由前一个（V_p1-V_m1）的值乘以因子1.316生成。在另一实施例中，（V_p1-V_m1）的值按照另一个比率逐步改变。较大的比率将倾向于较快地生成结果，但不太精确。较小的比率将倾向于生成更精确的结果，但伴随较慢的响应时间。

在图3中，峰间电压值为0.044V的正弦波形302是表示在相邻衬垫或者衬垫2105上的噪声的信号。波形302达到的最高电压是0.872V。在该简化实例中，V_p＝0.870的阈值被波形302超过。下一正阈值，V_p＝0.876没有被波形302超过。在该简化实例中，在负阈值被超过之后，第二施密特触发器212的正向阈值V_p2仅被超过一次，因此，计数器2272的最高值是“001”。

在图3中，峰间电压值为0.132V的正弦波形301是表示在测量衬垫或者衬垫1104上的噪声的信号。波形301达到的最高电压是0.916V。在所述简化示例中，下列阈值被波形301超过：V_p＝0.870，V_p＝0.876，V_p＝0.885，V_p＝0.896和V_p＝0.910。下一正阈值，V_p＝0.930没有被波形301超过。在该简化实例中，在负阈值被超过之后，第一施密特触发器211的正阈值V_p1被超过了五次，以及，因此，计数器1271的最高值是“5”或者二进制“101”。

在一个实施例中，每个连续的（V_p1-V_m1）和（V_p2-V_m2）的阈值差在前一个（V_p1-V_m1）和（V_p2-V_m2）的阈值差之上按照相同的比率增加。每个（V_p1-V_m1）和（V_p2-V_m2）的阈值差使用相同的比率的优势在于衬垫1104和衬垫2105之间的总比率可以由步骤数之间的最终差乘以每个步骤的分贝值计算出。假设，在噪声传感的另一示例中，在确定某个触摸发生之后，衬垫1104直到阈值数为“7”才反转以及衬垫2105直到阈值数为“3”才反转。在此实例中，衬垫1104和衬垫2105阈值数之间的差“4”相当于4*2.385dB＝9.54dB。然而，在噪声触摸传感电路110的另一实施例中，每个连续的阈值差，（V_p1-V_m1）和（V_p2-V_m2），在前一个阈值差之上增加，但是，每个连续的阈值差不是在前一个阈值差之上按照相同的比率增加的。

另一个计算的方法如下所述，在衬垫1104中的噪声比在衬垫2105中的噪声大9.54dB。阈值数7≥（V_p-V_m）＝0.209V。阈值数3≥（V_p1-V_m1）＝0.070。比率＝0.209/0.070＝3，其以分贝形式表达为20log10（3）＝9.54dB。因此，至少9.54dB，几乎接近10dB，或者所述噪声功率的三倍被需要以检测触摸。因为用于每个阈值改变的分贝数已知，即，2.385dB，因此当计数器1271的计数和计数器2272的计数之间的差至少是“3”时，阈值控制器280被编程以确定触摸已发生。当阈值控制器280确定触摸已发生，噪声触摸传感电路110输出噪声传感信号132。

触摸传感接口系统100包括具有多个衬垫103的触摸面板102，触摸传感接口系统100还具有噪声触摸传感电路110，所述噪声触摸传感电路具有多个施密特触发器和计数器，例如施密特触发器211和212，其中衬垫的数目等于施密特触发器的数目，每个施密特触发器与一个衬垫相关联。如果在触摸面板102的多个衬垫103（即，第一衬垫）中的任一衬垫中检测到的噪声比第二衬垫中检测到的噪声大至少一个预选值，那么触摸可以在第一衬垫处被检测到，第二衬垫作为在触摸面板102的多个衬垫103中可能的若干衬垫之中的均等地最接近第一衬垫的一个衬垫。

根据本发明的一个方法，当电容式检测失败时（例如在电磁攻击期间），使用噪声检测以完成触摸传感。在另一实施例中，当电容式触摸传感电路120仍然是运行的时候，噪声触摸传感电路110是运行的，以及这样的组合被使用以实现鲁棒性的触摸接口101。

不管噪声功率和噪声频率如何，为保证触摸传感接口101无干扰地提供触摸传感结果，噪声触摸传感电路110具有一个补充设计。补充设计是指，电容式触摸传感电路120被设计以能够在电容式触摸传感电路120不能检测到触摸的噪声的功率和频率的组合期间检测触摸，反之亦然。根据本发明的一个实施例，噪声触摸传感电路110能够开始工作的最小功率有利地低于电容式触摸传感电路120能够持续工作的最大功率。

在包括噪声触摸传感电路110和电容式触摸传感电路120的触摸接口101中，如果噪声触摸传感电路确定在测量衬垫104处存在足够的噪声，控制器130使噪声触摸传感电路被使用于触摸传感。如果噪声触摸传感电路110确定在测量衬垫104处不存在足够的噪声，控制器130使电容式触摸传感电路120被使用于触摸传感。

根据本发明的噪声触摸传感电路110和电容式触摸传感电路120在不同的、交替的时隙被激活。噪声触摸传感电路110在噪声传感间隔期间被激活，以及电容式触摸传感电路120在电容式传感间隔期间被激活。

由于噪声的随机和不可预知的性质，在一个实施例中，噪声检测同时在测量衬垫104和相邻衬垫105中执行。另外，附加的去除抖动和滤波将是需要的以确保可靠的触摸传感。但是，去除抖动、滤波和其它处理可被添加而不会导致问题。

图4是触摸传感接口101的噪声触摸传感电路110使用的触摸检测方法的实施例的流程图400，所述方法可以与触摸面板102一起使用。当控制器130在步骤401开始噪声传感间隔时，该方法开始。在步骤402中，与测量衬垫（衬垫1）104相关联的施密特触发器211的正阈值和负阈值被设置为它们的初始值，所述初始值相当接近于V_mid。同时，在步骤403中，与相邻衬垫（衬垫2）105相关联的施密特触发器212的正阈值和负阈值被设置为它们的初始值，所述初始值相当接近于V_mid。在步骤404中，阈值控制器208检查施密特触发器211的输出是否在V_p1和V_m1的当前值反转。如果施密特触发器211的输出在V_p1和V_m1的当前值反转，那么，在步骤406中，V_p1的值被增加以及V_m1的值被减小。如果施密特触发器211的输出不在V_p1和V_m1的当前值反转，那么，在步骤408中，阈值控制器280检查噪声传感间隔是否已结束。如果噪声传感间隔还没有结束，那么流程返回到步骤404。如果噪声传感间隔已结束，那么，在步骤410，阈值控制器280确定施密特触发器211的输出是否在噪声传感间隔期间反转。如果施密特触发器的输出根本没有在噪声传感间隔期间反转（其发生在噪声不足以通过使用噪声触摸传感电路110来感测触摸的情况下），那么，在步骤412中，控制器130开始电容式传感间隔。如果施密特触发器211的输出有在噪声传感间隔反转，那么，在步骤414中，阈值控制器280保存导致施密特触发器211输出反转的（V_p1-V_m1）的最大值到存储器中，并且保存该（V_p1-V_m1）最大值为pad1V_pm。

在步骤403之后，方法进行到步骤405、407、409和411。涉及施密特触发器212的步骤405、407、409和411与涉及施密特触发器211的步骤404、406、408和410是类似的，并且，因此，其中的细节在此处将不再重复。

在步骤411之后，流程进行到步骤413。如果施密特触发器212的输出在噪声传感间隔期间根本没有反转，那么，在步骤413中，阈值控制器280设置pad 2V_pm的值为最低检测水平以下的水平。最低检测水平是（V_p2-V_m2）的初始值，其对应计数器2272的值是“000”。事实上，施密特触发器211的输出在噪声传感间隔期间根本没有反转意味着在衬垫2105中的噪声的峰间电压小于（V_p2-V_m2）的初始值。因此，设置pad 2V_pm的值到最低检测水平以下的水平意味着阈值控制器280就像计数器2272的值被设置为“-001”一样操作。事实上，施密特触发器212的输出在噪声传感间隔期间根本没有反转意味着在衬垫2105中的噪声可能是如此低，以致于设置计数器2272的值为“-002”、“-003”或者更小可能是衬垫2中的噪声水平的更精确的表示。然而，有时，施密特触发器212的输出在噪声传感间隔期间根本没有反转，噪声触摸传感电路110不为衬垫2105中的噪声（除了最低检测水平以下）提供任何值。因此，为减小错误的可能性，本发明假设，在方法的这种情况，衬垫2105中的噪声水平更高（即，“-001”）而不是更低（例如，“-002”）。下一步，流程进行到步骤416。如果施密特触发器212的输出在噪声传感间隔期间反转，那么，在步骤415中，阈值控制器280将导致施密特触发器212的输出反转的（V_p2-V_m2）最大值保存到存储器中，并且将该（V_p2-V_m2）最大值保存为pad 2V_pm。在步骤414和415之后，方法进行到步骤416。

在步骤416中，pad 1V_pm的值与pad 2V_pm的值进行比较，并且pad 1V_pm超过pad 2V_pm的数量被确定。在步骤417中，如果pad 1V_pm超过pad 2V_pm的数量至少为预选量，流程就进行到步骤418。在步骤418中，噪声触摸传感电路110输出指示有触摸发生在测量衬垫104中的信号。在步骤417中，如果pad 1V_pm超过pad 2V_pm的数量不至少为预选量，流程进行到步骤419。在步骤419中，阈值控制器280确定pad 1V_pm的值是否足够高以使噪声触摸传感电路110可能使用噪声确定触摸的发生，如果触摸确实发生过的话。在一个实施例中，“足够高”意味着相当于至少比最低检测水平高大约10dB的值。如果pad 1V_pm的值足够高，流程进行到步骤420，并且噪声触摸传感电路110输出指示触摸没有发生在测量衬垫104中的信号。如果pad 1V_pm的值没有足够高，则流程进行到步骤421，并且控制器130开始电容式传感间隔。

有利地，根据本发明的噪声触摸传感方法没有用以检测的噪声功率的最大限制。任何可能存在的限制起因于噪声触摸传感电路110的执行，例如在具体实现中的V_p和V_m的阈值的最大值。

在触摸传感接口101的一些实施例中，控制器130和阈值控制器280是独立的组件。在触摸传感接口101的其他实施例中，控制器130和阈值控制器280的功能由单个的微控制器或者微处理器执行。

尽管本发明已参照具体实施例进行了描述，但是可以做出不同的修改和改变，而不偏离由所附权利要求所阐明的本发明的范围。例如，尽管触摸传感接口101的一个实施例的描述说明了它设置于集成电路106上，但是当完全由离散器件组成的组件构成时，触摸传感接口同样可用。尽管噪声触摸传感电路110的一个实施例的描述提到了检测或感测用户手指的接近和/或存在，然而噪声触摸传感电路同样适用于检测或感测另一种导电或半导电物体的接近和/或存在。

在一个实施例中，尽管触摸传感接口101被设置于使用CMOS技术制造的集成电路106上，然而触摸传感接口也可以被设置于使用其他技术制造的集成电路上。尽管本发明已根据具体导电类型或电位极性进行了说明，但是本领域的技术人员会意识到，导电类型和电位极性可以被反向。

说明书和附图应被认为是说明性的而非限定性的，并且所有这种修改应该包括在本发明的范围内。这里针对特定实施例描述的任何益处、优点或者对问题的解决方案不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必须的或本质的特征或要素。除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任一区分由该术语描述的元素。

因此，这些术语并不一定要指出这些元素在时间上或其他的优先顺序。注意，术语“耦合”被用来表示一个或多个可被插入在两个被耦合的元素之间的附加元素。

尽管参照特定的实施例对本发明进行了描述，但是在不脱离所附权利要求所阐述的本发明的范围的前提下，可以进行各种修改和改变。

Claims (20)

1.一种触摸传感接口，包括：

噪声触摸传感电路，所述噪声触摸传感电路包括：

用于在触摸面板的第一衬垫处检测电磁EM噪声的第一电路，

用于在所述触摸面板的第二衬垫处检测电磁噪声的第二电路，以及

用于比较所述第一电路检测到的电磁噪声的幅值和所述第二电路检测到的电磁噪声的幅值的噪声功率比较器，其中所述噪声功率比较器基于所述比较的结果产生信号，

其中所述触摸传感接口产生触摸指示以指示在第一衬垫处发生触摸。

2.根据权利要求1所述的触摸传感接口，其中所述第一电路测量所述第一衬垫处所述电磁噪声的功率的幅度，以及其中所述第二电路测量所述第二衬垫处所述电磁噪声的功率的幅度。

3.根据权利要求2所述的触摸接口，其中当所述第一衬垫处的所述电磁噪声的功率的幅度比所述第二衬垫处的所述电磁噪声的功率的幅度大一个预选值时，所述噪声触摸传感电路输出信号。

4.根据权利要求1所述的触摸传感接口，包括：

控制器，所述噪声触摸传感电路选择性地由所述控制器驱动；以及

电容式触摸传感电路，其选择性地由所述控制器驱动，耦合到第一衬垫和第二衬垫，所述电容式触摸传感电路用于确定在第一衬垫处是否有触摸发生，

其中，所述电容式触摸传感电路基于所述确定的结果输出信号，以及

其中，所述控制器基于以下信号中的一个或两个产生触摸指示：由所述噪声触摸传感电路输出的信号和由所述电容式触摸传感电路输出的信号。

5.根据权利要求4所述的触摸传感接口，其中，当所述第二衬垫处的电磁噪声超过预定水平时，所述控制器仅基于由所述噪声触摸传感电路输出的信号产生所述触摸指示。

6.根据权利要求4所述的触摸传感接口，包括耦合到所述控制器、所述噪声触摸传感电路和所述电容式触摸传感电路的时钟，其中所述控制器在噪声传感间隔期间驱动所述噪声触摸传感电路并且在电容式传感间隔期间驱动所述电容式触摸传感电路，以及其中所述噪声触摸传感电路确定在噪声传感间隔期间是否有触摸发生在所述触摸面板的第一衬垫处，以及其中所述电容式触摸传感电路确定在电容传感间隔期间是否有触摸发生在所述第一衬垫处。

7.一种噪声触摸传感电路，用以检测触摸面板的衬垫处的电磁EM噪声，所述噪声触摸传感电路包括：

具有迟滞的第一比较器，具有耦合到触摸面板的第一衬垫的输入节点，所述具有迟滞的第一比较器响应于所述第一衬垫处的电磁噪声的幅度输出第一信号；

具有迟滞的第二比较器，具有耦合到所述触摸面板的第二衬垫的输入节点，所述具有迟滞的第二比较器响应于第二衬垫处的电磁噪声的幅度输出第二信号；

第一计数器，用以计数第一信号的反转；

第二计数器，用以计数第二信号的反转；以及

阈值控制器，耦合到所述具有迟滞的第一比较器和所述具有迟滞的第二比较器，其中所述阈值控制器：

响应于由所述第一计数器输出的计数，设置所述第一比较器的正阈值（V_p1）和负阈值（V_m1），

响应于由所述第二计数器输出的计数，设置所述第二比较器的正阈值（V_p2）和负阈值（V_m2），以及

响应于所述第一计数器的计数和所述第二计数器的计数之间的差值，输出噪声触摸传感信号。

8.根据权利要求7所述的噪声触摸传感电路，其中，当由所述第一计数器输出的计数大于由所述第二计数器输出的计数一个预选值时，所述阈值控制器输出噪声触摸传感信号。

9.根据权利要求7所述的噪声触摸传感电路，其中，所述具有迟滞的第一比较器包括第一施密特触发器，以及，其中所述具有迟滞的第二比较器包括第二施密特触发器。

10.根据权利要求9所述的噪声触摸传感电路，其中，所述具有迟滞的第一比较器检测所述第一衬垫处的由于电磁噪声导致的电压幅度，以及，其中具有迟滞的第二比较器检测所述第二衬垫处的由于电磁噪声导致的电压幅度。

11.根据权利要求10所述的噪声触摸传感电路，包括：

用于在所述具有迟滞的第一比较器的输入节点处保持恒定直流电压的电路；以及

用于在所述具有迟滞的第二比较器的输入节点处保持恒定直流电压的电路。

12.根据权利要求7所述的噪声触摸传感电路，其中所述阈值控制器：

响应于由所述第一计数器输出的计数的增加，增加所述第一比较器的所述正阈值V_p1并减小所述负阈值V_m1，以及

响应于由所述第二计数器输出的计数的增加，增加所述第二比较器的所述正阈值V_p2并减小所述负阈值V_m2。

13.根据权利要求12所述的噪声触摸传感电路，其中所述阈值控制器：

在相应阈值的先前设置上按照相同的倍数增加所述正阈值V_p1并且减小所述负阈值V_m1，以及

在相应阈值的先前设置上按照相同的倍数增加所述正阈值V_p2并且减小所述负阈值V_m2。

14.根据权利要求13所述的噪声触摸传感电路，其中当所述第一计数器的计数比所述第二计数器的计数至少大3时，所述阈值控制器输出噪声触摸传感信号。

15.一种使用触摸面板的方法，所述触摸面板包括多个衬垫，包括：

在第一衬垫中测量电磁EM噪声的功率和在第二衬垫中测量电磁噪声的功率；

比较在所述第一衬垫中测量的所述电磁噪声的功率与在所述第二衬垫中测量的所述电磁噪声的功率；以及

当在所述第一衬垫中测量的所述电磁噪声的功率比在所述第二衬垫中测量的所述电磁噪声的功率大一个预选值时，提供在第一衬垫处发生触摸的指示。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述在第一衬垫中确定电磁噪声的功率的步骤包括：

设置耦合到所述第一衬垫的具有迟滞的第一比较器的正阈值为低设置以及具有迟滞的比较器的负阈值为高设置；

响应于具有迟滞的第一比较器的输出信号，通过增加所述正阈值和减小所述负阈值来改变所述阈值的设置；

对于所述阈值设置的每个改变，计算所述正阈值的设置和所述负阈值的设置之间的差；以及

存储所述正阈值的设置和所述负阈值的设置之间的、导致所述具有迟滞的第一比较器的输出信号反转的最大差值作为pad1V_pm。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述在第二衬垫中确定电磁噪声的功率的步骤包括：

设置耦合到所述第二衬垫的所述具有迟滞的第二比较器的正阈值为低设置以及所述具有迟滞的第二比较器的负阈值为高设置；

响应于具有迟滞的第二比较器的输出信号，通过增加所述正阈值以及同时减小所述负阈值来改变所述阈值的设置；

对于所述阈值设置的每个改变，计算所述正阈值的设置和所述负阈值的设置之间的差值；以及

存储所述正阈值的设置和所述负阈值的设置之间的、导致所述具有迟滞的第二比较器的输出信号反转的最大差值作为pad2V_pm。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述在第一衬垫中确定电磁噪声的功率的步骤和所述在第二衬垫中确定电磁噪声的功率的步骤在相同时间间隔期间执行，以及其中所述比较在所述第一衬垫中的电磁噪声的功率与在所述第二衬垫中的电磁噪声的功率的步骤包括计算pad1V_pm减去pad2V_pm。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述输出信号以指示在第一衬垫处发生触摸步骤确定pad1V_pm是否大于pad2V_pm一个预选值。

20.根据权利要求15所述的方法，其中

所述测量步骤包括在所述第一衬垫中测量电磁噪声的功率以及在多个相邻衬垫中测量电磁噪声的功率；

所述比较步骤包括比较在所述第一衬垫中测量的电磁噪声的功率与在所述多个相邻衬垫的每一个中测量的电磁噪声的功率的平均值；以及

所述提供步骤包括当在所述第一衬垫中测量的所述电磁噪声的功率比在所述多个相邻衬垫中的每一个中测量的所述电磁噪声的功率的平均值大一个预选值时，提供在所述第一衬垫处发生触摸的指示。

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