CN104216489A - 热量控制方法及热量控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于手持电子装置的热量控制方法及热量控制模块。热量控制模块用于具有至少一电容式温度传感器和触控面板的手持电子装置，电容式温度传感器形成于手持电子装置外表面的至少一特殊位置，具有对温度敏感的热特性，触控面板具有多个触控感应单元，热量控制模块包括：控制器，基于来自电容式温度传感器的感应结果来确定特殊位置的已估计温度，并基于来自多个触控感应单元的感应结果来确定至少一触摸位置；以及热量管理器，用以基于已估计温度来管理手持电子装置的热量调节。本发明提供的热量控制方法及热量控制模块无需相关实验就可监测手持电子装置的特殊位置的温度，可节约测试时间并且不会影响手持电子装置的触控感应功能。

Description

热量控制方法及热量控制模块

技术领域

本发明有关于一种手持电子装置的热量控制方法及热量控制模块。

背景技术

通常电子产品在使用过程中会产生热量，久而久之将使得电子产品的稳定性下降。因此，测量并控制电子产品的温度特性是很重要的。为了维护电子产品的性能，在各种工作环境下，在电子产品中需要进行温度控制测量以不损害用户的体验度。

对于在工作时由用户随身携带的消费类手持电子装置（例如，蜂窝电话、智能手机、数字多媒体播放器以及类似的）而言，温度控制是一种特别的挑战。上述装置通常体积小且内部器件布局紧密，因此热量不容易消散。此外，上述装置经常与人体皮肤亲密接触，因此如果电子装置的温度特性没有被适当地控制，则会降低用户的满意度。

在电子装置中，温度传感器可感测其各个位置的温度。例如，温度传感器可放置于集成电路（Integrated Circuit，IC）中或印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）上。此种设计可能需要在生产阶段，将电子装置操作在各种正常工作模式下，并同时基于从温度传感器收集的数据以完整实现温度控制或热管理算法。

然而，需要特别监测或控制其温度使得其温度不超过指定温度极限的点（spot）也许处于特殊的位置，在该特殊位置很难放置温度传感器。例如，该特殊位置可位于智能手机的外壳上。这些点通常被称为关键点或热点。基于来自电子装置的其他地方放置的温度传感器的温度数据，这些热点和温度传感器的温度关系可被预先设置为温度模型，利用该温度模型可估计这些热点的“临界温度。

然后通过使用该已估计的温度数据（同时使用来自温度传感器的温度数据和表示该电子装置的某些组件的当前功耗水平的数据）可进行热量调节，以缓解该热点的热反应。例如，可通过降低上述组件（例如，消耗很多能量并因此产生很多热量的CPU、调制解调器、图像IC及其类似的）的工作频率或工作电压以降低上述热点的温度。

然而，IC中的温度传感器的感测结果可受IC自身产生的热量的影响，且PCB上的温度传感器的感测结果可受PCB上其他组件所产生的热量（或热源）的影响。因此，由于上述感测结果并没有正确地反映上述热点的温度，上述热点的温度可被错误的估计，因此热量调节将失灵。

此外，对于热量调节而言，用以形成温度模型的温度传感器的感测结果和上述热点的真实温度之间的温度关系必须被预先确定。然而，需多次温度测试才能获得该温度关系，这是非常耗时的。

另一种热量调节的方法是在外壳上的热点之上或之下放置红外线（infrared，IR）传感器。这种方法需要精确地定位该热点。如果需要监视多于一个的热点，则需要多个IR传感器，在成本上是不合算的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种热量控制方法及热量控制模块以解决上述问题。

本发明提供一种热量控制方法，用于手持电子装置，该热量控制方法包括：提供至少一电容式温度传感器，该至少一电容式温度传感器相应于该手持电子装置的外表面的至少一特殊位置，该至少一电容式温度传感器具有对温度敏感的热特性；监测该电容式温度传感器的该热特性的变化，用以估计该至少一特殊位置的温度；以及基于该至少一特殊位置的该已估计温度来决定是否在该手持电子装置中执行热量调节。

本发明另提供一种热量控制模块，用于手持电子装置，该手持电子装置具有至少一电容式温度传感器和触控面板，该至少一电容式温度传感器形成于该手持电子装置的外表面的至少一特殊位置，该至少一电容式温度传感器具有对温度敏感的热特性，该触控面板具有多个触控感应单元，该热量控制模块包括：控制器，耦接该至少一电容式温度传感器和该多个触控感应单元，基于来自该至少一电容式温度传感器的感应结果来确定该特殊位置的已估计温度，并基于来自该多个触控感应单元的感应结果来确定至少一触摸位置；以及热量管理器，耦接该控制器，用以基于该特殊位置的该已估计温度来管理该手持电子装置的热量调节。

本发明提供的热量控制方法及热量控制模块无需相关实验就可监测手持电子装置的特殊位置的温度，可节约收集数据以建立温度模型的时间并且不会影响手持电子装置的触控感应功能。

附图说明

图1A为依据本发明一实施例的手持电子装置100的俯视图；

图1B为图1A所示手持电子装置100的触控面板的单元图案的示意图；

图1C为形成于扬声器区110的电容式温度传感器140的侧面的示意图；

图1D为图1B所示的沿着线L0和L0’的主感应区120的触控感应单元150A/150B的侧视图；

图2为依据本发明一实施的触摸控制器执行触摸控制的方法流程图；

图3A为依据本发明一实施例的散热器及位于该散热器上的电容式温度传感器的方块示意图；

图3B为图3A的电容式温度传感器沿着线L1-L1’的放大的横截面的示意图；

图4为依据本发明一实施例的基于温度感测的系统功率控制方法的流程图；

图5为依据本发明一实施例的手持电子装置的功能方块图。

具体实施方式

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。所属技术领域的技术人员应可理解，制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分准则。在通篇说明书及权利要求中所提及的“包含”为开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。藉由以下的较佳实施例的叙述并配合全文的图1至图5说明本发明，但以下叙述中的装置、组件与方法、步骤乃用以解释本发明，而不应当用来限制本发明。

在本发明的实施例中，在手持电子装置的外表面的特殊位置或热点提供电容式温度传感器，其中该电容式温度传感器处于温度监视之下。电容式温度传感器的电容值由于温度变化会进行改变。换句话说，电容式温度传感器具有热特性（例如，电容值），该热特性乃对温度敏感的。因此，通过侦测电容式温度传感器的电容值，特殊位置的温度也可被侦测。

电容器的电容值可由来表示，其中，“ε”是电容器的电极之间的介电材料的介电常数，“A”是电极的面积，“d”是电极之间的距离。

在本发明的一些实施例中，电容式温度传感器使用其介电常数对温度敏感的介电材料来制造。如果电容式温度传感器周围的温度发生改变，介电材料的介电常数也发生改变，因此电容式温度传感器的电容值也相应的改变。在本发明的一些实施例中，电极的面积“A”或电极之间的距离“d”也随着温度改变，这将使得电容式温度传感器的电容值也相应的改变。

因此，在一实施例中，通过在手持电子装置的外表面的特殊位置或热点上放置电容式温度传感器，由温度变化而导致的电容式传感器的电容值的变化被监测，因此该特殊位置的温度也被监测。可基于该温度监测结果来控制系统功率。

在一些实施例中，电容式温度传感器形成在该特殊位置上，例如，手持电子装置的外表面，其中，该外表面由手持电子装置的用户所触摸，或该外表面靠近手持电子装置的边缘，或该外表面远离手持电子装置的至少一个热源的位置，或该外表面靠近手持电子装置的扬声器，或该外表面靠近手持电子装置的背板的散热器。

图1A为依据本发明一实施例的手持电子装置100的俯视图。如图1A所示，手持电子装置100包括触控面板105。触控面板105包括感应区105A和非感应区105B。感应区105A至少包括主感应区120和虚拟键盘区130。主感应区120也可作为显示区。非感应区105B是不同于感应区105A的区域。非感应区105B至少包括扬声器区110、可选近距离传感器（图未示）和可选数字照相机（图未示）。扬声器区110是围绕扬声器110a的区域。扬声器区110最好与主感应区120不重叠。然而，本发明的实施例不限于此。

当用户通话时，扬声器区110靠近用户的耳朵和脸，因此扬声器区110的温度应该被监测。扬声器区110的至少一个热点或至少一个特殊位置的温度被监测，在扬声器区110的至少一个热点或至少一个特殊位置上形成至少一个电容式温度传感器。

在此，热点可在手持电子装置100的触控面板105、背板甚至侧面之上。因此，如果热点位于触控面板105的感应区105A之上，感应区105A的热点上的触控感应单元可与感应区105A的电容式温度传感器具有同样的单元图案（cellpattern）。

然而，本发明的实施例不限于以上段落所述的电容式温度传感器的位置。电容式温度传感器可位于其他的热点，只要该热点的温度需要被监测。

图1B为图1A所示手持电子装置100的触控面板105的单元图案的示意图。如图1B所示，至少一个电容式温度传感器140（例如，三个电容式温度传感器140）位于扬声器区110。菱形的触控感应单元150A和150B是用于触控感应。电容式温度传感器140可具有与菱形触控感应单元150A和150B不同的单元图案。或者，在一些可能的实施例中，电容式温度传感器140可具有与主感应区120的触控感应单元相同的单元图案。且电容式温度传感器140的感应/驱动可与主感应区120的触控感应单元的感应/驱动不相同。

尽管图1B显示13根X线X0～X12以及9根Y线Y0～Y8，本发明不限于此。X线X0和Y线Y0～Y2是用于温度感应，X线X1～X12和Y线Y3～Y8是用于触控感应。X线可称做驱动线，Y线可称做扫描线。

电容式温度传感器140通过X线X0和Y线Y0～Y2耦接或连接触摸控制器（图未示），菱形触控感应单元150A和150B通过X线X1～X12和Y线Y3～Y8耦接或连接触摸控制器。

更进一步的，在一实施例中，不仅特殊位置的温度可以被监测，环境温度同样可被监测。如果电容式温度传感器在远离热源的某些位置形成，且没有受热源所产生的热量影响，电容式温度传感器也可用于监测该环境温度。

图1C为形成于扬声器区110的电容式温度传感器140的侧面的示意图。用于温度感应的Y线Y0～Y2覆盖于薄膜181之上。用于温度感应的X线X0覆盖于薄膜183之上。在薄膜181和薄膜183之间填充黏合剂182，用以黏合薄膜181和薄膜183。在盖板185和薄膜183之间填充黏合剂184，用以黏合盖板185和薄膜183。

X线X0和Y线Y0～Y2用以形成电容式温度传感器140的电极。电容式温度传感器140的一个电极是平板电极。例如，X线X0是平板电极。当X线X0由DC电平提供时，X线X0也可作为屏蔽物，用来在扬声器区110被触摸时，阻止电容式温度传感器的电容值发生改变。薄膜183和黏合剂182作为电容式温度传感器140的介电层。进一步的，薄膜183和黏合剂182的材料可具有高热膨胀或与温度高相关的介电常数，用以增强电容式温度传感器140的温度感应能力。

图1D为图1B所示的沿着线L0和L0’的主感应区120的触控感应单元150A/150B的侧视图。用于触控感应的Y线Y3～Y8覆盖于薄膜183之上。用于触控感应的X线X3覆盖于薄膜181之上。Y线Y3～Y8中的一个和X线X3组成触控感应单元150B的电极。

在本实施例中，触摸控制器控制触摸感应功能和温度感应功能。图2为依据本发明一实施的触摸控制器执行触摸控制的方法流程图。在步骤210中，通过触摸控制器顺序地使能X线X0～X12以及顺序地扫描Y线Y0～Y8。例如，触摸控制器通过提供DC电平至X线X0～X12以使能X线X0～X12。

在步骤220中，例如通过触摸控制器来判断在温度感应区（例如但不限于，图1A的扬声器区110）是否存在感应单元(例如触控感应单元和/或电容式温度传感器)。触控感应单元和电容式温度传感器位于X线和Y线的交叉点。例如，如图1B所示，触控感应单元150A～150B位于X线X1～X12以及Y线Y3～Y8的交叉点。电容式温度传感器140位于X线X0以及Y线Y0～Y2的交叉点。在驱动和扫描操作下，触摸控制器用以控制哪根X线被驱动以及哪根Y线被扫描。触摸控制器可确定在温度感应区是否存在上述感应单元。例如，如果X线X0被驱动以及Y线Y0被扫描，触摸控制器可确定在X线X0以及Y线Y0的交叉点上的该感应单元（即，电容式温度传感器140）位于温度感应区中。

如果感应单元位于温度感应区中，在步骤230中，在温度感应期间，触摸控制器顺序地驱动X线X0（其耦接电容式温度传感器140），并扫描Y线Y0～Y2（其耦接电容式温度传感器140），用以测量电容式温度传感器140的电容值变化（其反映特殊位置的温度）以测量温度。此外，在步骤230中，基线校准（baselinecalibration）被禁能，其中对于触控感应功能而言，基线校准（即，当触控面板上不存在触摸时用以更新电容值）是必须的，用以补偿因温度和其他环境因素引起的电容值变化。因为步骤230是用来测量温度的，因此在步骤230中基线校准被禁能。

如果感应单元不位于温度感应区中，在步骤240中，在触控感应期间，X线X1～X12被顺序地驱动（其耦接或连接触控感应单元），Y线Y3～Y8（其耦接其耦接或连接触控感应单元）被顺序地扫描，用以测量触控感应单元的电容值变化（其反映触控感应）。在步骤240中，基线校准被使能。步骤210～240皆由触摸控制器来执行。

在本发明的一实施例中，为了测量电容式温度传感器的电容值，电容式温度传感器被充电和放电，触摸控制器测量充电周期和放电周期。当然，本发明也可使用其他测量电容式温度传感器的电容值的实施例，并不限于测量电容式温度传感器的电容值的具体方法。

在本发明的另一实施例中，电容式温度传感器形成于手持电子装置的背板的散热器上。图3A为依据本发明一实施例的散热器及位于该散热器上的电容式温度传感器的方块示意图。图3B为图3A的电容式温度传感器沿着线L1-L1’的放大的横截面的示意图。

如图3A所示，散热器320位于背面310之上。散热器320由金属材料制作，例如但不限于铜。电容式温度传感器330位于散热器320之上。

如图3B所示，电容式温度传感器330包括电容电极331A和331B以及介电层332。电容电极331B由散热器320的一部分所形成。电容电极331A可由金属材料制作，例如但不限于铜。介电层332位于电容电极331A和331B之间，并具备大的热膨胀或与温度高相关的介电常数。如果电容式温度传感器330周围的温度改变，电容式温度传感器330的电容值也相应地改变。

此外，电容电极331A和331B经由导电接脚333耦接控制器334（例如，可为执行图2的步骤210～240的触摸控制器）。在图3B中也展示热源340。例如，热源340可为印刷电路板350上的电子电路，该电子电路可为消耗能量并因此产生热量的CPU、调制解调器、图像IC及其类似的。

当热源340产生热量时，该热量由散热器320传输。因为散热器320由金属制作从而具有高热导率，来自热源340的热量一律在散热器320上散播，介电层332也因此受热。因此，电容式温度传感器330的温度上升。经由电容式温度传感器330，控制器334可监测温度改变。例如，电容式温度传感器330的电容值随温度变化。例如但不限于，电容式温度传感器330的电容值和温度之间具有线性关系。控制器334可感测电容式温度传感器330的电容值变化，并决定电容式温度传感器330的温度。

详细来说，当热源340产生热量时，介电层332也因此受热，介电层332的厚度将加厚或介电层332的面积将增加，因此电容电极331A和331B之间的距离发生改变。或是，当热源340产生热量时，介电层332受热，介电层332的介电常数也因此发生改变。由于介电层332的厚度和/或面积和/或介电常数发生改变，电容式温度传感器330的电容值也因此改变。

控制器334感测电容式温度传感器330的电容值变化，并决定散热器320的已估计温度。因为散热器320形成于背板310之上，因此已估计温度大致等于背板310的温度。因此，在本发明的一实施例中，通过在手持电子装置的背板的散热器上提供电容式温度传感器，可经由该电容式温度传感器监测背板的温度。

进一步的，如果位于背板之上的电容式温度传感器距离热源有一定距离，则该电容式温度传感器也可用来监测手持电子装置的环境温度。

图4为依据本发明一实施例的基于温度感测的系统功率控制方法的流程图。图4乃用于决定是否对手持电子装置执行热量调节。

如图4所示，在步骤410中，来自触控面板的电容式温度传感器（例如，扬声器区的电容式温度传感器）和/或来自背板的热源上的电容式温度传感器的温度感测结果被监测，用以确定特殊位置的已估计温度。进一步的，可周期性地执行该温度监测，但本发明不限于此。

在步骤420中，判断该特殊位置的已估计温度是否高于阈值。如果是，则执行步骤430，手持电子装置的系统功率极限被降低一个等级。如果否，则执行步骤440，在步骤440中判断手持电子装置的系统功率是否不受约束。如果在步骤440中判断为否，则返回至步骤410。如果判断为是（意味着系统功率不受约束），则进入步骤450，手持电子装置的系统功率极限被增加一个等级。换句话说，通过步骤440和450，系统功率极限可由热量管理软件（图未示）或热量管理硬件（图未示）逐渐地增加。如果该特殊位置的已估计温度低于该阈值，且系统功率极限受到热量管理软件/硬件的约束，则热量管理软件/硬件可将系统功率极限增加一个等级（例如但不限于，200mW）。可反复执行步骤440和450直到系统功率不受热量管理软件/硬件的约束。

图5为依据本发明一实施例的手持电子装置的功能方块图。如图5所示，手持电子装置500包括多个电容式温度传感器510，多个触控感应单元520，一个控制器530以及一个热量管理器540，其中控制器530和热量管理器540可视作热量控制模块。电容式温度传感器510以及触控感应单元520可分别是，例如，图1A～图1C所示的电容式温度传感器140和菱形触控感应单元150A和150B。

控制器530是用来接收来自电容式温度传感器510的感应结果以确定特殊位置的已估计温度，并用来接收来自触控感应单元520的感应结果以确定触控面板的触摸位置。由控制器530确定的温度被发送至热量管理器540。

热量管理器540基于来自控制器530的已确定温度，作出是否在手持电子装置中执行热量调节的决定。热量管理器540可由软件或硬件来实施。

当执行热量调节时，数据处理单元（例如，CPU）的电源电压被改变，RF天线的最大发射功率被改变，数据处理单元的工作频率被改变，或者显示面板的显示亮度被改变。当执行热量调节时，也可采用其他用以降低手持电子装置的功耗的手段。

如上所述，在本发明的实施例中，位于触控面板的热点或特殊位置上的电容式温度传感器可监测该热点或特殊位置的温度，而不会负面影响触控面板的触控感应功能。

将背板的散热器的一部分作为电容式温度传感器的电容电极来使用，是节约成本的。

更进一步，本发明实施例中的温度控制和管理可无需相关实验（该实验用来找到热点温度和温度传感器感应到的温度之间的相关性）而执行，这是节约时间的。

上述的实施例仅用来列举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何所属技术领域的技术人员依据本发明的精神而轻易完成的改变或均等性安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求为准。

Claims (14)

1.一种热量控制方法，用于手持电子装置，该热量控制方法包括：

提供至少一电容式温度传感器，该至少一电容式温度传感器相应于该手持电子装置的外表面的至少一特殊位置，该至少一电容式温度传感器具有对温度敏感的热特性；

监测该电容式温度传感器的该热特性的变化，用以估计该至少一特殊位置的温度；以及

基于该至少一特殊位置的该已估计温度来决定是否在该手持电子装置中执行热量调节。

2.如权利要求1所述的热量控制方法，其特征在于，在该手持电子装置的该外表面的该特殊位置上提供该至少一电容式温度传感器，其中该特殊位置靠近该手持电子装置的边缘。

3.如权利要求1所述的热量控制方法，其特征在于，在该手持电子装置的该外表面的该特殊位置上提供该至少一电容式温度传感器，其中该特殊位置远离该手持电子装置的至少一热源的位置。

4.如权利要求1所述的热量控制方法，其特征在于，在该手持电子装置的该外表面的该特殊位置上提供该至少一电容式温度传感器，其中该特殊位置靠近该手持电子装置的扬声器。

5.如权利要求1所述的热量控制方法，其特征在于，该手持电子装置进一步包括触控面板，该触控面板具有感应区和非感应区，该感应区具有多个触控感应单元；该至少一电容式温度传感器具有与该触控感应单元不同的模式，或者该至少一电容式温度传感器具有与该触控感应单元相同的模式。

6.如权利要求5所述的热量控制方法，其特征在于，该触控面板进一步包括多根驱动线和多根扫描线，该每个触控感应单元位于相应的驱动线和相应的扫描线的交叉点，该至少一电容式温度传感器位于相应的驱动线和相应的扫描线的交叉点，该监测步骤包括：

在温度感应期间，顺序地驱动该相应的驱动线和扫描该相应的扫描线，用以监测该至少一电容式温度传感器的该热特性的该变化，以估计该至少一特殊位置的该温度；以及

在触控感应期间，顺序地驱动该相应的驱动线和扫描该相应的扫描线，用以进行触控感应。

7.如权利要求1所述的热量控制方法，其特征在于，在该手持电子装置的背板的散热器上提供该至少一电容式温度传感器，且该散热器的至少一部分作为该电容式温度传感器的电极。

8.一种热量控制模块，用于手持电子装置，该手持电子装置具有至少一电容式温度传感器和触控面板，该至少一电容式温度传感器形成于该手持电子装置的外表面的至少一特殊位置，该至少一电容式温度传感器具有对温度敏感的热特性，该触控面板具有多个触控感应单元，该热量控制模块包括：

控制器，耦接该至少一电容式温度传感器和该多个触控感应单元，基于来自该至少一电容式温度传感器的感应结果来确定该特殊位置的已估计温度，并基于来自该多个触控感应单元的感应结果来确定至少一触摸位置；以及

热量管理器，耦接该控制器，用以基于该特殊位置的该已估计温度来管理该手持电子装置的热量调节。

9.如权利要求8所述的热量控制模块，其特征在于，该至少一电容式温度传感器位于该手持电子装置的该外表面的该特殊位置上，其中该特殊位置靠近该手持电子装置的边缘。

10.如权利要求8所述的热量控制模块，其特征在于，该至少一电容式温度传感器位于该手持电子装置的该外表面的该特殊位置上，其中该特殊位置远离该手持电子装置的至少一热源的位置。

11.如权利要求8所述的热量控制模块，其特征在于，该至少一电容式温度传感器位于该手持电子装置的该外表面的该特殊位置上，其中该特殊位置靠近该手持电子装置的扬声器。

12.如权利要求8所述的热量控制模块，其特征在于，该触控面板具有感应区和非感应区，该感应区具有该多个触控感应单元；该至少一电容式温度传感器具有与该触控感应单元不同的模式，或者该至少一电容式温度传感器具有与该触控感应单元相同的模式。

13.如权利要求8所述的热量控制模块，其特征在于，该触控面板进一步包括多根驱动线和多根扫描线，该每个触控感应单元位于相应的驱动线和相应的扫描线的交叉点，该至少一电容式温度传感器位于相应的驱动线和相应的扫描线的交叉点；在温度感应期间，该控制器顺序地驱动该相应的驱动线和扫描该相应的扫描线，用以测量该至少一电容式温度传感器的电容值变化，以监测该至少一电容式温度传感器的该热特性的变化，以估计该至少一特殊位置的温度；以及在触控感应期间，该控制器顺序地驱动该相应的驱动线和扫描该相应的扫描线，用以进行触控感应。

14.如权利要求8所述的热量控制模块，其特征在于，该手持电子装置进一步包括背板，该背板上具有散热器，该至少一电容式温度传感器提供在该散热器上，且该散热器的至少一部分作为该电容式温度传感器的电极。