CN103513848B - 在发射 tx 层具有用于互电容的非活性电极的传感器图案 - Google Patents

Abstract

公开了在发射TX层具有用于互电容的非活性电极的传感器图案。一种使用设置在发射（TX）电极之间或内部并关于接收（RX）电极对齐的非活性电极均衡感应阵列的互电容的装置和方法。

Description

在发射TX层具有用于互电容的非活性电极的传感器图案

相关申请

本申请还要求于2012年6月21日提交的美国临时申请第61/662525号的利益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及电容式感应系统，且更具体地涉及电容式感应系统的传感器图案。

背景技术

电容式感应系统可以感应在电极上产生的反映电容变化的电信号。这种电容变化可以指示触摸事件（即，对象接近特定的电极）。电容式感应元件可被用来代替机械按钮、旋钮和其他类似的机械的用户界面控件。电容式感应元件的使用允许消除复杂的机械开关和按钮，提供了在苛刻的条件下的可靠的操作。此外，电容式感应元件被广泛应用于现代的客户应用中，在现有的产品中提供了新的用户界面选项。电容式感应元件的范围可以从单一的按钮到较大数目的被布置成用于触摸感应表面的电容式感应阵列的形式。

采用电容式感应阵列的透明的触摸屏在今天的工业和消费市场是无处不在的。它们可以出现在手机、GPS设备、机顶盒、相机、电脑屏幕、MP3播放器、数字平板等。电容式感应阵列通过测量电容感应元件的电容，并寻找表示触摸或导电物体的存在的电容变化。当导电物体（例如，手指、手或其它物体）接触或靠近电容式感应元件，电容变化和导电物体被检测到。通过电路可以测量电容式触摸感应元件的电容变化。该电路将测得的电容式感应元件的电容转换成数字值。

电容有两种典型的类型：1）互电容，其中电容感应电路使用电容器的两个电极，2）自电容，电容感应电路仅使用电容器的一个电极，其第二电极被连接到DC电压电平。触摸板具有这两种类型（1）及（2）的分布式的负载电容及Cypress的触摸解决方案使用其各种感应模式单独或混合地感应这两种电容。

附图说明

本发明通过示例的方式在附图的图中示出，而不受其限制，其中：

图1示出根据一个实施方式的条带传感器图案的典型的单位单元。

图2示出根据一个实施方式的当手指接近单位单元时图1的典型的单位单元。

图3示出根据一个实施例的具有虚设电极的条带传感器图案的单位单元。

图4示出典型的条带传感器图案的等效电路。

图5示出根据一个实施例的具有虚设电极的条带传感器图案的等效电路。

图6示出了根据另一实施例的具有漂浮的虚设电极的条带传感器图案的等效电路。

图7示出了根据另一实施例的具有接地的虚设电极的条带传感器图案的等效电路。

图8示出根据一个实施例的具有虚设电极和布线的3乘3阵列的透视图。

图9示出根据一个实施例的具有虚设电极和布线的3乘3阵列的另一透视图。

图10示出具有接地的虚设电极的传感器图案的充电器噪声等效电路。

图11示出根据一个实施例的位于TX电极之间的虚设电极。

图12示出根据一个实施例的位于TX电极内的虚设电极。

图13示出根据一个实施例的第一组接地的虚设电极和第二组浮动的虚设电极。

图14示出根据另一实施例的位于TX电极之间的虚设电极。

图15是根据一个实施例的操作具有非活性电极的感应阵列的方法的流程图。

图16是示出电子系统的一个实施例的方框图，其具有用于检测接近具有非活性电极的电容式感应阵列的触摸物体和触笔的存在的处理设备。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体的细节以提供对本发明的透彻理解。然而，显然的是，本领域的技术人员没有这些具体细节也可以实施本发明。在其他实例中，公知的电路、结构和技术没有详细示出，而是以方框图示出，以避免不必要地模糊对本说明书的理解。

在描述中对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。位于本说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”并不一定指相同的实施例。

如本文所用的，传感器图案指感应阵列的电极的布局。具体地，感应阵列可以具有诸如发射（TX）电极的第一组电极，和诸如（RX）电极的第二组电极。本文所描述的实施例针对非活性电极（在本文称为虚设电极）的传感器图案，其关于另一组电极诸如RX电极中的一个被设置，用于本文所述的各种优点。例如，虚设电极可用于均衡在TX电极和RX电极之间测量的互电容的基准电容值（这里也称为基准互电容或互电容的基准值）。具体地，在没有导电物体出现在感应阵列上时，在RX电极和TX电极的交叉点（也称为感应元件或单位单元）的互电容可被测量。两个感测元件之间的交点可以被理解为一个感应电极与另一个感应电极交叉或重叠同时保持彼此电隔离的位置。虚设电极是指像TX电极一样没有被驱动的电极，并且不像RX电极一样被用于感测。虚设电极可以被接地、漂浮（未连接到特定的电压电势），或两者的组合。虚设电极可被视为分离的ITO孤岛或小块、接地小块、漂浮小块。虚设电极可以被集成在TX层，以及与TX层不同的单独的层。如本文所述的，虚设电极与RX电极基本上对准。在一个实施例中，虚设电极以RX电极为中心，如两者的中心轴对齐。可替换地，在其他配置中，虚设电极可以与RX电极对齐，如本领域的普通技术人员将理解的。

下面关于图1和图2描述在条带传感器图案（例如在触摸屏设备中）中广泛使用的一种类型的传感器图案。

图1和2示出了根据一个实施方式的条带传感器图案的典型的单位单元100。该结构包括位于底部的铟锡氧化物（ITO）层的TX电极102和位于顶部ITO层的RX电极104。在该实现中，发射电极102（图1中仅示出了一个电极）被制成宽条的形式，其基本上填充底部ITO层。这可以完成以帮助阻止来自显示器（例如，液晶显示器（LCD））的噪音。该Rx电极104被制成窄带的形式，诸如，例如，具有0.4毫米的宽度Wrx105。TX电极102和RX电极104之间的静态互电容被称为互电容基准Cm107。示意性地，Cm107可以分为Cprojected109和Cfring111。Cprojected109是常数项，其由限制在RX电极104的底表面和TX电极102的顶表面之间的电场限定。Cprojected109的值在下面的等式中的并联电容公式中找到：

对于给定的几何结构，Cprojected109是恒定的并且不依赖于单位单元100以上的表面106（例如，玻璃覆盖层的表面）上的导电物体如手指，如在图2中示出的。相反，当导电物体（例如手指）201存在时，Cfring111改变，如图2中所示。Cfring111由RX电极104的边缘和顶表面与TX电极102之间的电场形成。该电场部分延伸到表面106的上方，因此它可以被导电物体201（Cfring-ΔCm211）中断。应该指出的是Cprojected109和111Cfring物理上不是分开的电容。这两个电容都与Cm107有关。对于Cfring111和Cm107，没有严格的方程式，但有经验公式。

在传感器图案中，存在具有薄的堆栈的趋势，因此，TX电极102和RX电极104之间的绝缘层变得更薄，诸如从200微米（0.2毫米）下降到小于100微米。虽然没有明确示出，d113表示TX电极102和RX电极104之间的绝缘层的厚度。然而，d113的减少使得Cprojected109相当高。这反过来又可导致以下问题中的一个或多个：1）减缓电容测量；2）增加功率消耗；以及3）在测量电路中需要较大的积分电容，这可能会增加设备的价格。

通常情况下，RX电极104的节距115约5mm，及绝缘厚度d113约0.2mm。在最近的将来，市场主导的趋势是将绝缘层减少到0.1毫米。从式（1），使用固定的节距(pitch)和减小的绝缘体厚度d113，Cprojected109可以仅在wrx105降低时保持。随着wrx灵敏度的降低，Cm下降及RX电极104的电阻增加，这可以减小测量速度。

描述的实施例针对用于互电容感应方法的具有虚设电极的传感器图案。在平衡感应阵列的互电容的基准的方法中，可以采用建议的传感器图案。虚设电极被用来调整TX电极和RX电极之间的静态互电容。在诸如用于触摸屏的感应阵列中的TX电极和RX电极之间的互电容调整可用于如下方面：1）均衡不同的单位单元内的Cm。例如，单位单元在传感器的中央和边缘可以具有不同的大小。2）微调Cm，用于某些测量硬件（Cint，接收通道引擎）。3）在具有非常薄的绝缘层的单位单元中的ΔCm的减少，如用于内嵌式（in-cell）的触摸板（也称为作为内嵌式/外挂式）的，其中用于显示的公共电极（VCOM）用于TX层。保持dCm不变，Cm基准的减小允许在触摸控制器中使用较小的积分电容。这反过来可以节省硅片面积并降低触摸控制器集成电路（IC）的成本。4）在TX条下的TX层中的虚设电极可带来单位单元的光学质量的一些改善。5）具有接地的虚设电极可能更抗充电器噪声或手指耦合的噪声（通过接近感应阵列的手指或其他导电物体引入的噪声）。当虚设电极经由沿着TX条布线的带接地时，如图8和9所示，形成手指到地面的额外的耦合。图10的等效电路解释了充电器噪声电流，ichg_noise，如何可被转移以减少阻抗，以便较小的电流到RX通道。

图3示出根据一个实施例的具有虚设电极306的条带传感器图案的单位单元300。如图3所示，通过在RX带304的正下方的底部ITO层（TX层）中加入虚设电极306（例如，接地的小块或如ITO孤岛的分离的漂浮构件），可以减小互电容基准。具有虚设电极306的结构不应该影响灵敏度ΔCm，因为ΔCm是Cfring311的一部分。这允许保持RX电极304的宽度wrx305（例如，0.4mm），并具有可接受的电阻，如低于25kΩ。在本实施例中，虚设电极306的宽度与Rx带的宽度305大致相同。更一般地，虚设电极306可以具有等于或小于RX电极304的宽度305的宽度，否则，单位单元的灵敏度可以被削弱。虚设电极306的高度317（wg）是TX宽度的一小部分。例如，TX的宽度，其可被视为节距315，可以为5毫米，及虚设电极高度317通常为1毫米至2毫米的长度。Cm307可通过电极高度317（wg）微调。虚设电极306的高度307限定Cprojected309减少多少。Crx-dum313是在RX电极304与虚设电极之间形成的电容。Crx-dum313可以通过并联电容公式计算出。

虚设电极306可为漂浮的或接地的。在虚设电极306接地（称为接地的虚设电极）的实施例中，Crx-dum313增加了Rx带304的寄生电容。通过形成的横向电容315，Ctx1-dum，一些额外的电容也被添加到TX电极302。在虚设电极306漂浮（称为漂浮的虚设电极）的实施例中，Crx-dum313、Ctx1-dum315，Ctx2-dum317和Cdum-gnd319形成更复杂的网络，其中Crx-dum313与Ctx2-dum317串联。

在图4中示出常规的条带单位单元的等效电路400。等效电路400表示图1和图2中所示的单位单元100。到具有浮动的虚设电极的结构的过渡在图5-6中的等效电路500和600中示出，及具有接地的虚设电极的单位单元的等效电路700在图7中示出。等效电路600代表当虚设电极306漂浮时的单位单元300。Cm607表示当虚设电极306漂浮时的Cm307。等效电路700表示当虚设电极306接地时的单位单元300。Cm707表示当虚设电极306接地时的Cm307。应当指出，在图6及图7中的数字“1”表示由于虚设电极的加入而新加入到电路图的节点。

图3的虚设电极306可被实施成不同的传感器图案。例如，虚设电极306可以实现在双层的叠层中，其中TX电极在感应阵列的底层而RX电极在顶层。由于RX电极对显示屏噪声敏感，在底层的较宽的TX电极形成对显示屏上产生的噪声的阻挡层。这有效地将屏蔽功能构建到传感器图案中。由加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体开发的MH3图案可以集成虚设电极，如图8和图9所示。MH3图案是本文所述的条带结构的一种形式。

图8示出根据一个实施例的具有虚设电极806和布线816的3×3阵列800的透视图。3×3阵列800包括三个TX电极802、三个RX电极804及通过布线816耦合在一起的多个虚设电极806。TX电极802是设置在如底部ITO层的底层的宽条。RX电极804每一个包括耦合在一端形成“E”形的3根带。图8的透视图示出RX电极804和TX电极802分开，以便不掩盖TX电极802。图9的透视图示出RX电极804和TX电极802在组装的叠层中，其中RX电极804更靠近TX电极802，在RX层和TX层之间设置有绝缘层（图中未示出）。当然，图8和图9没有按比例绘制，但图9示出了虚设电极806如何与RX电极804对齐。具体地，在这个叠层中，虚设电极806被设置RX电极804的下方。当然，当TX电极802被设置在RX电极804以上的层时，虚设电极806可以被布置在RX电极804以上。另外，虽然被示出在与TX层相同的层中，虚设电极806可以被布置在RX层和TX层之间的单独的层中，或者在TX层下面的单独的层中，如受益于本公开的本领域技术人员将理解的。

在本实施例中，虚设电极806与布线816彼此耦合。这些布线816可用于将虚设电极806耦合到大地。在另一个实施例中，虚设电极806可以被耦合到除大地以外的电压电势，或可以被置于非耦合的而成为漂浮的虚设电极。

正如本文所述，Cm307可以通过电极高度317（wg）进行微调。对调节wg参数的模拟揭示了Cm基准可以减少到高达29％，而灵敏度ΔCm保持不变。其结果是，绝缘层的厚度d，可以在设计中减少，如用于内嵌式/外挂式触摸板的。例如，当使用虚设电极时，绝缘层的厚度可为0.1毫米。来自友达光电的内嵌式技术的特征为仅7微米的绝缘层，这也反映在非常高的寄生电容中。虚设电极的应用可降低内嵌式触摸板的Cm基准和RX电极的寄生电容。虚设电极806可在具有不同的单位单元的MH3传感器图案之间提供均等的Cm。

如上所述，具有接地的虚设电极的单位单元可能更抗充电器噪声或手指耦合的噪声（通过接近感应阵列的手指或其它导电物体引入的噪声）。在图8和9中，虚设电极806通过沿TX条802行进的布线816（带）接地。接地的虚设电极806形成导电物体（例如手指）到地面之间的附加耦合。图10的等效电路解释了充电器噪声电流，ichg_noise，如何可被转移以减小阻抗，以便较少的电流流向RX通道。

图10示出了具有接地的虚设电极的传感器图案的充电器噪声等效电路1000。虚设电极形成导电物体1001和大地1003之间的额外的耦合，如通过Cfg1005和R_r-GND1007表示的。充电器噪声电流，ichg_noise，从诸如指尖的导电物体的尖端注入，分裂为i_F-Tx、i_F-Rx和i_F-GND且仅有i_F-Rx通过RX通道1009。减小Cfg1005和R_r-GND1007的阻抗，较少的电流流到RX通道1009。具有虚设电极的传感器图案可能会更抗充电器噪声或其他手指耦合的噪声。或者，可以通过来自其他外部噪声源的导电物体引入噪声。

虚设电极可以具有各种形状，如图3、图8和图9中所示的。此外，虚设电极被设置在TX电极之间。可替换地，虚设电极可具有其它形状，并且可以被设置为其他配置，例如在TX电极内，或在TX层以外的单独的层中。

图11示出根据一个实施例的位于TX电极1102之间的虚设电极1100。在该实施例中，虚设电极1100被设置在TX电极1102之间的间隙中。虚设电极1100通过延伸出耦合到TX电极1102的布线的对侧的布线耦合。或者，布线可以延伸出同一侧或具有其他的配置。

图12示出根据一个实施例的位于TX电极1202内的虚设电极1200。代替图11所示的被设置在TX电极之间，虚设电极1200被设置在TX电极102内。例如，多个虚设电极1200可以部分或全部被设置在TX电极1202的外边界内。另外，在该实施例中，虚设电极1200通过延伸出耦合到TX电极1202的布线的对侧的布线耦合。或者，布线可以延伸出同一侧或具有其他的配置。还应当指出的是，TX电极可以被设置在与TX电极设置的TX层相同的层上。或者，TX电极可以被设置在TX层或RX层以外的其他层中，如TX层和RX层之间的中间层或RX层和TX层下面的层中。在一个实施例中，虚设电极可以在TX层下面的单独的层中。在该实施例中，液晶到TX的电容可被降低，这反过来降低了RX层中的LCD相关的噪声。

图13示出根据一个实施例的第一组接地的虚设电极1300和第二组漂浮的虚设电极1302。在该实施例中，第一组接地的虚设电极1300被耦合到耦合到大地的布线。在另一个实施例中，第一组接地的虚设电极1300被耦合到其他电压电势。第二组漂浮的虚设电极1302没有耦合到耦合到大地的布线，但被视为漂浮的电极。第二组漂浮的虚设电极1302通过布线被耦合，但该布线没有延伸出以被耦合到大地或另一种电势。漂浮的虚设电极1302与第一组接地的虚设电极1300电隔离。在一些实施例中，漂浮的虚设电极可以相互连接，而不被路由到大地。在所描绘的实施例中，第一组包括左侧的三个虚设电极和右侧的三个虚设电极，而第二组包括中间的三个虚设电极。或者，也可以使用其它数目的虚设电极及接地电极与漂浮电极的其他组合，如本领域的普通技术人员将理解的。

图14示出根据另一实施例的位于TX电极1402之间的虚设电极1400。虚设电极1400可以不类似于RX电极，如图14所示的。在图14中，虚设电极1400具有圆形的部分，这增大了虚设电极1400被耦合到布线1404附近的虚设电极的表面积。或者，也可以使用本领域的普通技术人员将理解的其他形状。

本文所描述的实施例可用于产生传感器图案，在具有可变大小的单位单元之间具有均等的基准，如在边缘处的半节距（half-pitch）单元。对于这些实施例，可能不需要牺牲系统性能来在单位单元之间进行基准的复杂的调节。该实施例还可以提供在扫描过程中更快的读出。如本文所述，虚设电极可用于内嵌式技术，以及用于“透镜上的传感器”设计，以及其他技术。该实施例也可以被用来减少噪音，如关于图10描述的电荷引起的噪声。

图15是根据一个实施例的操作具有非活性电极的感应阵列的方法1500的流程图。方法1500可以由处理逻辑执行，所述处理逻辑可以包括硬件（电路、专用逻辑等）、软件（如在通用计算系统或专用机器上运行的）、固件（嵌入式软件）、或其任何组合。在一个实施例中，图16的处理设备1610执行方法1500。在另一个实施例中，触摸屏控制器（TSC）执行方法1500。或者，该电子系统1600的其他部件执行方法1500的部分或全部操作。

参考图15，方法1500开始于处理逻辑在感应模式期间驱动被设置在感应阵列的第一层中的在第一方向上的一个或多个TX电极上的一个或多个TX信号（方框1502）。该感应阵列包括设置在第二方向的一个或多个非活性电极。处理逻辑在显示模式期间驱动内嵌式触摸板的显示屏上的信号（方框1504）。当然，在其他实施例中，当不是内嵌式触摸板时，处理逻辑不驱动显示屏上的信号。处理逻辑测量RX电极上的信号（方框1506），RX电极被设置成与非活性电极大致对齐，该方法1500结束。

在一个实施例中，TSC可以是由美国加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体公司开发的Multi-Touch全点触摸屏控制器的CY8CTMA3xx家族的任何一个。该控制器可用于例如在图8、图9和图11-14所示的实施例中的任何一种。另外，非活性电极可以被实现在耦合到其他的触摸屏控制器的其他传感器图案，或触摸感应设备的其它的触摸控制器。

这里所描述的实施例可用于电容式感应系统的互电容式感应阵列的不同设计。在一个实施例中，电容式感应系统检测阵列中被激活的多个感应元件，并可以分析在相邻的感应元件上的信号模式以将噪声与实际信号分离。本文所描述的实施例不限于特定的电容式感应方案，且可用于其他的感应方案，包括光学感应方案，如受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解的。

图16是示出电子系统1600的一个实施例的方框图，它具有用于检测触摸物体的存在的处理设备1610和接近具有非活性电极的电容式感应阵列的触笔。处理设备1610可以是本文所描述的任何一种TSC。处理设备1610被配置为检测诸如本文所述的内嵌式触摸板的一部分的电容式感应阵列1625的触摸感应装置上的一个或多个触摸。电容式感应阵列1625包括如本文所述的非活性电极（例如，虚设电极）。处理设备可以检测导电物体，如触摸物体1640（手指或无源的触笔、有源触笔1630，或它们的任意组合）。

电子系统1600包括处理设备1610、电容式感应阵列1625、触笔1630、主机处理器1650、嵌入式控制器1660以及非电容式感应元件1670。电容式感应元件是诸如铜的导电材料的电极。感应元件也可以是ITO板的一部分。电容式感应元件可以被配置为允许电容感应电路1601测量自电容、互电容、或它们的任意组合。在所描述的实施例中，电子系统1600包括通过总线1622耦合到处理设备1610的电容式感应阵列1625。电容式感应阵列1625可包括多维的电容式感应阵列。多维感应阵列包括按行和列组织的多个感应元件。在另一个实施例中，电容式感应阵列1625作为全点可寻址（“APA”）的互电容式感应阵列来操作。在另一个实施例中，电容式感应阵列1625作为耦合电荷接收器操作。在另一个实施例中，电容式感应阵列1625是非透明的电容式感应阵列（例如，PC触摸板）。电容式感应阵列1625可被布置为具有平坦的表面轮廓。另外，电容式感应阵列1625可以具有不平坦的表面轮廓。另外，可使用电容式感应阵列的其它配置。举例来说，代替垂直的列和水平的行，电容式感应阵列1625可以具有六边形排列或类似的排列，如受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解的。在一个实施例中，电容式感应阵列1625可以被包括在ITO板或触摸屏面板中。

这里描述用于检测与跟踪触摸物体1640和触笔1630的处理设备1610和电容式感应阵列1625的操作和配置。简言之，处理设备1610被配置为检测电容式感应阵列1625上的触摸物体1640的存在，触笔1630的存在或它们的任意组合。处理设备1610可以单独地检测和跟踪电容式感应阵列1625上的触笔1630和触摸物体1640。在一个实施例中，处理设备1610能够同时检测和跟踪电容式感应阵列1625上的触笔1630和触摸物体1640。在一个实施例中，如果触摸物体是有源触笔，有源触笔1630被配置为根据时序“主控”，当有源触笔1630正在使用中时，处理设备1610调整电容式感应阵列1625的时序以匹配有源触笔1630的时序。在一个实施例中，电容式感应阵列1625与有源触笔1630电容耦合，这与传统的电感式触笔应用相反。还应当指出的是，用于电容式感应阵列1625的被配置为检测触摸物体1640的相同组件也被用来探测和跟踪触笔1630，而无需用于电感式跟踪有源触笔1630的额外的PCB层。

在所示实施例中，处理设备1610包括模拟和/或数字的通用输入/输出（“GPIO”）端口1607。GPIO端口1607可以是可编程的。GPIO端口1607可以耦合到可编程的互连和逻辑（“PIL”），其用作GPIO端口1607和处理设备1610的数字块阵列（图中未示出）之间的互连。在一个实施例中，数字块阵列可被配置成使用可配置的用户模块（“UM”）实现各种数字逻辑电路（例如，DAC、数字滤波器、或数字控制系统）。数字块阵列可以耦合到系统总线。处理设备1610还可以包括存储器，诸如随机存取存储器（“RAM”）1605和程序闪存1604。RAM1605可以是静态RAM（“SRAM”），而程序闪存1604可以是非易失性存储装置，其可以用于存储固件（例如，可由处理核1602执行以实现本文所描述的操作的控制算法）。处理设备1610还可以包括耦合到存储器和处理核1602的存储器控制器单元（“MCU”）1603。处理核1602是被配置为执行指令或执行操作的处理元件。处理设备1610可以包括其它处理元件，如受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解的。还应当指出的是，存储器可以在处理设备的内部或外部。在存储器在内部的情况下，存储器可以被耦合到处理元件，例如处理核1602。在存储器在处理设备的外部的情况下，处理设备被耦合到存储器驻留其中的其他设备，如受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解的。

处理设备1610还可以包括模拟块阵列（未示出）。模拟块阵列也被耦合到系统总线。在一个实施例中，模拟块阵列还可以被配置为使用可配置的UM来实现各种模拟电路（例如，ADC或模拟滤波器）。模拟块阵列还可以耦合到GPIO1607。

如图所示，电容式感应电路1601可被集成到处理设备1610。电容式感应电路1601可包括用于耦合到外部部件的模拟I/O，所述外部部件如触摸感应垫（未示出），本文所述的具有非活性电极的电容式感应阵列1625，触摸感应器滑块（未示出），触摸感应器按钮（未示出）和/或其它设备。电容式感应电路1601可以被配置为使用互电容感应技术、自电容感应技术、电荷耦合技术等来测量电容。在一个实施例中，电容式感应电路1601使用电荷累积电路、电容调制电路或本领域技术人员公知的其他电容感测方法操作。在一个实施例中，电容式感应电路1601是触摸屏控制器的Cypress TMA3xx家族。或者，可以使用其他的电容式感测电路。如本文所述的互电容感应阵列或触摸屏可以包括设置在可视的显示器本身（例如，LCD监视器）中或下方的透明的导电感应阵列，或在显示器前面的透明基板。在一个实施例中，TX电极和RX电极分别按行和列配置。应当指出通过电容感应电路1601，电极的行和列可以以任何选择的组合被配置为TX电极或RX电极。在一个实施例中，感应阵列200的TX电极和RX电极被配置为在第一模式下作为互电容感应阵列的TX电极和RX电极操作来检测触摸物体，在第二模式下作为耦合电荷接收器的电极操作来检测感应阵列的相同电极上的触笔。触笔，在激活时产生触笔TX信号，被用于将电荷耦合到电容式感应阵列，代替在互电容感应时，测量RX电极和TX电极（感应元件）的交叉点的互电容。两个感应元件之间的交叉点可以被理解为一个感应电极与另一个感应电极交叉或重叠同时保持彼此电隔离的位置处。电容感应电路1601在执行触笔感应时不使用互电容或自电容感应来测量感应元件的电容。相反，如本文所述的，电容感应电路1601测量电容地耦合在感应阵列200和触笔之间的电荷。与TX电极和RX电极之间的交叉点相关的电容可以通过选择TX电极和RX电极的每一个可用的组合来感应。当触摸物体（如手指或触笔）接近电容式感应阵列1625时，该物体导致一些TX/RX电极之间的互电容减少。在另一个实施例中，手指的存在增加了电极的耦合电容。因此，电容式感应阵列1625上的手指的位置可通过识别在RX电极和TX电极之间具有减少的耦合电容的RX电极来确定，所述TX电极被施加TX信号，同时该RX电极上测量到减少的电容。因此，通过顺序地确定与电极的交叉点相关的电容，一个或多个输入的位置可以被确定。应当指出的是，这个过程可以通过确定感应元件的基准来校准感应元件（RX电极和TX电极的交叉点）。还应当指出的是，内插可以被用来以比行/列节距更好的分辨率检测手指的位置，如受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解的。此外，可使用各种类型的质心算法来检测触摸的中心，如受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解的。

在实施例中，电子系统1600也可以包括通过总线1671和GPIO端口1607耦合到处理设备1610的非电容式感应元件1670。非电容式感应元件1670可包括按钮、发光二极管（“LED”），和其它用户接口设备，如鼠标、键盘或其他不使用电容感应的功能键。在一个实施例中，总线1621、1622和1671体现为单一的总线。另外，这些总线可以被配置成一个或多个独立总线的任何组合。

处理设备1610可以包括内部振荡器/时钟1606和通信模块（“COM”）1608。在另一个实施例中，处理设备1610包括扩频时钟（未示出）。该振荡器/时钟块1606提供时钟信号到处理设备1610的一个或多个部件。通信块1608可被用于通过主机接口（“I/F”）线1651与例如主机处理器1650的外部组件进行通信。或者，处理设备1610也可被耦合到嵌入式控制器1660以和例如主处理器1650的外部元件进行通信。在一个实施例中，处理设备1610被配置为与嵌入式控制器1660或主机处理器1650通信来发送和/或接收数据。

处理设备1610可以驻留在公共的载体基板上，诸如，例如，集成电路（“IC”）芯片基板、多芯片模块基板或类似物。另外，处理设备1610的部件可以是一个或多个单独的集成电路和/或分立元件。在一个示例性实施例中，处理设备1610是由加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体公司开发的可编程的片上系统处理设备，或者，处理设备1610可以是那些本领域的普通技术人员已知的一个或多个其它处理设备，诸如微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器（“DSP”），专用集成电路（“ASIC”）、现场可编程门阵列（“FPGA”）或类似物。

还应当指出的是，本文所描述的实施例不限于具有耦合到主机的处理设备的结构，而是可以包括测量感应设备上的电容并将原始数据发送到主机计算机的系统，在主机计算机，由应用分析原始数据。实际上，通过处理设备1610进行的处理也可在主机中完成。

电容感应电路1601可被集成到处理设备1610的IC中，或可选地，集成到单独的IC中。另外，电容感应电路1601的描述可以被生成并被编译用于包含到其它集成电路中。例如，描述电容感应电路1601或其一部分的行为级代码可以使用硬件描述语言，例如VHDL或Verilog生成，并存储在机器可访问的介质（例如，CD-ROM、硬盘、软盘等等）中。此外，行为级代码可以编译成寄存器传输级（“RTL”）代码、网表、或甚至电路布局中并存储在机器可访问的介质中。行为级代码、RTL代码、网表以及电路布局可以代表描述电容感应电路1601的不同的抽象级别。

应当指出的是，电子系统1600的部件可以包括上述所有部件。或者，电子系统1600可以包括上述的一些部件。

在一个实施例中，电子系统1600被用于平板计算机。另外，电子设备也可以用于其它的应用，如笔记本电脑、移动手持机、个人数据助理（“PDA”）、键盘、电视、遥控器、监视器、手持式多媒体设备、手持式媒体（音频和/或视频）播放器、手持游戏机、用于销售点交易的签名输入设备、及电子书阅读器、全球定位系统（“GPS”）或控制面板。本文所描述的实施例并不限于用于笔记本实现的触摸屏或触摸感应器垫，而是可以用在其他电容式感应实现，例如，感应设备可以是触摸感应器滑块（未示出）或触摸感应器按钮（例如，电容感应按钮）。在一个实施例中，这些感应设备包括一个或多个电容式感应器。本文描述的操作不限于笔记本指示器操作，而是可以包括其他操作，如灯光控制（调光器）、音量控制，图形均衡器控制、速度控制或需要渐进或离散的调节的其他控制操作。还应当指出电容式感应实现的这些实施例可以结合非电容式感应元件使用，所述非电容式感应元件包括但不限于拾取按钮、滑块（例如，显示器的亮度和对比度）、滚动轮、多媒体控制（如音量、曲目前进等）手写识别及数字键盘操作。

如果DDI120（或520）提供本文描述的为显示器接口定义的一部分的I/O和寄存器，本文所描述的实施例可用于不是专门针对内嵌式的触摸板开发的现有的TSC。另外，如上所述，本申请的受让人已开发了可用于建议的接口的各种多-TX相位扫描感应模式。该实施例还可以提供改进的触摸系统，产生于使用MPTX、高电压驱动、与LCD消隐时间同步的TSC扫描及使用特殊的感应模式例如水抑制感应模式的能力。这些改进也可能导致高信噪比（SNR）、更好的抗LCD噪声性能和通过使用特殊的感应模式而获得的改进的针对触笔、悬停和手套触摸的性能。只要TSC知晓显示消隐时序就可以在DDI和TSC之间执行同步。这可以通过将水平同步/垂直同步信号或可替代的TE信号发送到TSC并对TSC编程，以正确地相对于这些显示定时基准信号偏移扫描定时窗口来实现。DDI存储器中的TX模式序列定义的知识允许系统超越每个时隙激活TX1次。此外，实施例允许由TSC控制TX输出信号（能够在DDI120的TX线提供高阻输出），因此，TSC可以使用TX线作为输入。此外，本文所描述的实施例可使TSC具有控制由DDI展开的TX图案序列的能力。TSC还可以包括用于处理来自DDI的TE信号的硬件或软件，该TE信号可以携带V显示基准，或复合的H和V显示基准。在复合基准的情况下，如果在垂直消隐期间仅执行TSC扫描，TSC需要只提取V基准的处理。在另一个实施例中，DDI和TSC之间的同步可以通过使用单芯片集成实现，而不使用从单个主机到多个IC的离散的接口信号或寄存器控制，如受益于本公开的所属领域技术人员将意识到的。

在上面的描述中，阐述了多个细节。然而，对受益于本公开的本领域的普通技术人员而言明显的是，没有这些具体细节也可以实施本发明的实施例。在某些情况下，公知的结构和设备以框图的形式而不是细节的形式示出，以避免模糊该说明。

详细说明的某些部分以计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员将其工作的实质内容最有效地传递给本领域的技术人员的手段。这里的算法一般被设想为导致期望的结果的步骤的首尾一致的序列。这些步骤是需要物理量的物理操作的步骤。通常，虽然不是必须的，这些量采用能够被存储、传输、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。通常，主要由于共同使用的缘故，已被证明将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、项、数字或类似物是方便的。

然而，应当牢记，所有这些和类似的术语与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标记。除非特别声明与从上面的讨论明显看出的相反，可以理解在整个说明书中，讨论中使用的术语，例如“加密”、“解密”、“存储”、“提供”、“导出”、“获取”、“接收”、“认证”、“删除”、“执行”、“请求”、“通信”或类似的术语指计算系统或类似的电子计算设备的行为和过程，所述行为和过程将计算系统的存储器或寄存器内的表示为物理（例如，电子）量的数据操纵和转换为类似地表示为计算系统的寄存器和存储器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的其他数据。

词语“示例”或“示例性”这里用来指用作例子、实例或图示。本文中描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为比其它方面或设计优选或有利。相反，使用词语“示例”或“示例性”旨在以具体方式呈现概念。在本申请中所用的术语“或”意在指包容性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有规定，或从上下文明确看出，“X包括A或B”意在指任何天然的包容性排列。也就是说，如果X包括A；X包括B；或X包括A和B，则“X包括A或B”在任何上述情况下被满足。此外，在本申请和所附的权利要求书中使用的冠词“一（a）”和“一（an）”一般应解释为意指“一个或多个”，除非另有规定或从上下文中明确看出是针对单数形式。此外，使用的术语“实施例”或“一个实施例”或“实现”或“一个实现”通篇不是指同一个实施例或实现，除非如此描述。

本文描述的实施例还可以涉及用于执行此处所述的操作的装置。该装置可以针对所需目的而特别构造，或者其可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可以被存储在非临时性计算机可读存储介质，诸如，但不限于，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘的任何类型的磁盘、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存或适合于存储电子指令的任何类型的介质。术语“计算机可读存储介质”应该被视为包括用于存储一个或多个指令集的单一介质或多种介质（例如，集中式或分布式的数据库和/或相关的高速缓存和服务器）。术语“计算机可读介质”也应被视为包括能够存储、编码或携带由机器执行并导致该机器执行本实施例的一种或多种方法中的任何一种的指令集的任何介质。术语“计算机可读存储介质”应相应地被理解为包括，但不局限于，固态存储器、光介质、磁介质，能够存储由机器执行并导致该机器执行本实施例的一种或多种方法中的任何一种的指令集的任何介质。

本文提出的算法和显示并不固有地与任何特定的计算机或其他装置相关。各种通用系统可以用于根据此处的教导的程序，或者它可以证明构造更加专用的装置以执行所需的方法步骤是方便的。用于各种这些系统的所需的结构将出现在下面的描述中。此外，本实施例没有参考任何特定的编程语言来描述。将理解，多种编程语言可以用来实现如本文所述的实施例的教导。

上面的描述阐述了许多具体的细节，例如特定的系统、组件、方法等的示例，以便提供对本发明的几个实施例的很好的理解。然而，对本领域技术人员而言将明显的是，没有这些具体细节也可以实施本发明的至少一些实施例。在其他情况下，公知的部件或方法没有详细描述或以简单的框图形式呈现，以避免不必要地模糊本发明。因此，上文阐述的具体细节仅仅是示例性的。特定的实现可能与这些示例性细节有所不同，但仍然可以被认为是在本发明的范围内。

应该理解，上面的描述旨在是说明性的而不是限制性的。那些本领域的技术人员在阅读和理解上面的描述后，许多其他的实施例将是显然的。因此，本发明的范围应参照所附的权利要求书以及这些权利要求的等同物的全部范围确定。

Claims (16)

1.一种电容式感应装置，包括：

以第一方向设置在第一层的感应阵列的第一组接收电极；

以第二方向设置在第二层的所述感应阵列的第二组发射电极；及

在所述第一层和所述第二层之间以所述第一方向设置在第三层的第三组非活性电极，其中：

每个非活性电极与各自的接收电极对齐并以所述各自的接收电极为中心；

所述接收电极和所述非活性电极包括大致相同的宽度；并且

所述非活性电极没有被驱动并且没有被用于感测。

2.根据权利要求1所述的电容式感应装置，其中，所述第三组非活性电极被设置在所述第二组发射电极之间的间隙之间，且其中，所述第三组非活性电极与所述第二组发射电极是电隔离的。

3.根据权利要求1所述的电容式感应装置，其中，所述第一组接收电极包括用于每个所述接收电极的一个或多个金属带，其中，所述第二组发射电极中的每一个包括金属条，其中所述金属条包括与所述接收电极对齐的多个槽，所述非活性电极被设置在所述槽内。

4.根据权利要求3所述的电容式感应装置，还包括被设置在所述第二组发射电极之间以耦合所述第三组非活性电极的布线。

5.根据权利要求1所述的电容式感应装置，其中，所述第三组非活性电极被耦合到大地。

6.根据权利要求1所述的电容式感应装置，其中，所述第三组非活性电极是漂浮电极。

7.根据权利要求1所述的电容式感应装置，其中，所述第三组非活性电极的第一子集被耦合到大地，及所述第三组非活性电极的第二子集是漂浮电极。

8.根据权利要求1所述的电容式感应装置，还包括耦合到所述第一组接收电极和所述第二组发射电极的处理设备。

9.根据权利要求8所述的电容式感应装置，其中，所述处理设备被配置为测量所述第一组接收电极和所述第二组发射电极之间的互电容以检测接近所述感应阵列的导电物体。

10.根据权利要求9所述的电容式感应装置，其中，所述第三组非活性电极被配置为均衡所述第一组接收电极和所述第二组发射电极之间的互电容的基准值。

11.根据权利要求9所述的电容式感应装置，其中，所述第三组非活性电极耦合到大地，且其中，所述第三组非活性电极被配置为减少从外部噪声源引入的噪声。

12.一种电容式感应阵列，包括：

第一层，所述第一层包括以第一方向设置的第一组多个接收电极；

第二层，所述第二层包括以第二方向设置的第二组多个发射电极；

在所述第一层和所述第二层之间以所述第一方向设置在第三层的第三组多个非活性电极，其中：

每个非活性电极与各自的接收电极对齐并以所述各自的接收电极为中心；

所述接收电极和所述非活性电极包括大致相同的宽度；

所述非活性电极没有被驱动并且没有被用于感测；以及

绝缘层，所述绝缘层设置在所述第一层和所述第二层之间。

13.根据权利要求12所述的电容式感应阵列，其中，所述第三组多个非活性电极被配置为均衡所述第一组多个接收电极和所述第二组多个发射电极之间的互电容的基准值。

14.根据权利要求12所述的电容式感应阵列，其中，所述第一层和所述第二层是铟锡氧化物ITO，且其中，所述第一组多个接收电极和所述第三组多个非活性电极是带及所述第二组多个发射电极是条。

15.一种检测触摸物体的存在的方法，包括：

驱动一个或多个发射电极上的一个或多个发射信号，所述一个或多个发射电极被以第一方向设置在感应阵列的第一层中，其中，所述感应阵列包括被设置在所述感应阵列的第二层的第二方向的一个或多个非活性电极；及

在一个或多个接收电极上，测量在所述一个或多个发射电极和所述一个或多个接收电极之间的互电容，其中，所述接收电极被以第二方向设置在所述感应阵列的第三层中，其中，所述一个或多个非活性电极实质上关于所述一个或多个接收电极对齐并实质上以所述一个或多个接收电极为中心，其中所述接收电极和所述非活性电极包括大致相同的宽度，并且所述非活性电极没有被驱动并且没有被用于感测。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

当导电物体没有接近所述感应阵列时，确定基准互电容；及

基于测得的互电容和所述基准互电容，检测接近所述感应阵列的导电物体。