CN104937526A - 利用基于电容的数字化仪传感器进行检测 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于利用数字化仪传感器进行基于电容的检测的方法，该数字化仪传感器包括电容耦合的多个传导元件。该方法包括生成在时间上由平缓分段所分隔的瞬态分段的驱动信号，将所生成的驱动信号提供至该数字化仪传感器的至少一个传导元件，并且响应于将所生成的信号提供至该至少一个传导元件而对传输至与该至少一个传导元件电容耦合的第二传导元件的输出进行采样。该采样的采样事件被计时以响应于该驱动信号的瞬态分段以及该驱动信号的平缓分段而进行。

Description

利用基于电容的数字化仪传感器进行检测
技术领域和背景技术
本发明在其一些实施例中涉及利用基于电容的数字化仪传感器进行检测，尤其但并非排他地涉及用于利用基于电容的数字化仪传感器进行检测的噪声抑制方法。
基于电容的数字化仪传感器已知在各种人类界面设备中得到使用。典型地，基于电容的数字化仪传感器使用诸如来自指尖的人体电容作为输入。一些基于电容的数字化仪传感器与显示器屏幕进行整合。所检测到的手指或另一身体部分的位置向与该显示器相关联的计算设备提供输入，并且被该计算设备解释为命令或者针对命令的输入。这样的设备的数量包括个人计算机(PC)—其包括平板PC、支持输入笔的膝上计算机、个人数字助理(PDA)，或者诸如数字音频播放器和移动电话之类的任意手持设备。
基于电容的数字化仪传感器例如由于LCD屏幕、荧光照明、电源和/或其它来源所产生的磁场和/或电场而受到来自周边环境的噪声的影响。
题为“Position Transducer,and method for eliminating noise therefore”的美国专利No.5691512描述了一种位置换能器以及用于消除该位置换能器的所接收信号中包括的噪声分量的噪声消除方法，其内容通过引用结合于此。该位置换能器被提供以减法器件，其针对每个循环线圈，通过从在传输器件执行传输时所接收的信号中减去在传输器件终端传输时从所接收信号获得的噪声水平而仅提取对应于由于电磁交互而在该循环线圈中所形成的信号的振幅水平。
授予N-Trig有限公司的题为“Touch Detection for a Digitizer”的美国专利No.7843439描述了一种数字化系统，其包括覆盖在平板显示器(FPD)上的透明数字化传感器，其内容通过引用结合于此。该透明数字化传感器包括垂直和水平传导线路的阵列，其用于感应一个或多个笔和/或手指的位置。针对该数字化仪传感器的输入包括来自与感应表面相接触的笔的电磁(EM)传输以及由于诸如触摸屏幕的手指之类的传导物体所导致的电容耦合中的一种或多种。手指的位置通过沿网格的一条轴线每次触发一条传导线路并且检测响应于沿其它轴线而从多条传导线路所应用的每个信号的输出而得以被检测。在没有手指或笔出现时在每个结点处所检测到的电容数值的表格被存储并且在检测期间被用来校正每个导体处的读数。该数字化系统能够检测同时发生的多个笔和/或多个手指的触摸。
授予N-Trig有限公司的题为“Noise reduction in digitizer system”的美国专利申请公开文本No.20130027361描述了一种用于在数字化仪中进行降噪的方法，该数字化仪进行操作以检测笔和手指触摸形式的电磁信号，上述公开文本的内容通过引用结合于此。该方法包括在第一采样周期期间利用已知发射频率确定笔的位置，在第二采样周期期间对来自多个检测元件的输出进行采样，识别具有第二采样周期中高于所选择频率中的所定义阈值的采样输出的检测元件，所选择的频率接近于该笔的已知频率但与之有所不同，从所识别的检测元件中选择与所确定的笔的位置分隔开来的检测元件作为仅为噪声的候选载波，并且依据第二采样周期内来自被选择作为仅为噪声的候选载波的检测元件的采样输出而减小第二采样周期内来自至少一个其它检测元件的采样输出的数值。
发明内容
根据本发明一些实施例的一个方面，提供了一种方法，其用于检测由基于电容的数字化仪传感器在指尖检测等期间所拾取的噪声信号，并且使用所检测到的噪声信号对同时采样的例如检测信号的第二信号中的噪声分量进行抑制，该第二信号包括用于指尖检测等的信息。根据本发明的一些实施例，该噪声信号在与同时采样的第二信号相同的传导线路上被检测。根据本发明的一些实施例，使用时域复用在采样噪声信号和第二信号之间进行交替。
根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种用于减少用于扫描基于电容的数字化仪传感器所需的迭代次数的方法，该数字化仪传感器被操作用于互电容感应。根据本发明的一些实施例，多条传导线路利用被交织的触发和/或驱动脉冲的分段被同时触发，从而在任意给定时间点仅有多个脉冲中的一个驱动脉冲对该数字化仪传感器进行激励。根据本发明的一些实施例，使用时域复用而针对触发多条传导线路中的每一条获得输出响应。可选地，该多条传导线路中的至少一部分利用不同频率信号而被同时触发，并且应用频域复用来分离针对不同频率信号的输出响应。
本发明一些实施例的一个方面提供了一种利用数字化仪传感器进行基于电容的检测的方法，该数字化仪传感器包括电容耦合的多个传导元件，该方法包括：生成在时间上由平缓分段所分隔的瞬态分段的驱动信号；将所生成的驱动信号提供至该数字化仪传感器的至少一个传导元件；并且响应于将所生成的信号提供至该至少一个传导元件而对传输至与该至少一个传导元件电容耦合的第二传导元件的输出进行采样，其中该采样的采样事件的时序被安排为以响应于该驱动信号的瞬态分段以及该驱动信号的平缓分段而进行。
可选地，该方法包括使用响应于该平缓分段所采样的输出对响应于瞬态分段所采样的输出中的噪声进行抑制。
可选地，该方法包括从响应于该驱动信号的瞬态分段所采样的输出中减去响应于该平缓分段所采样的输出的振幅。
可选地，该减法在连续输出的配对之间执行。
可选地，该噪声是与该数字化仪传感器进行交互的笔所发射的信号。
可选地，该方法包括将响应于平缓分段而进行的采样事件的时序安排为在第二传导元件针对该驱动信号之前的瞬态分段的响应已经衰减之后进行。
可选地，该方法包括将响应于平缓分段而进行的采样事件的时序安排为基本上在该驱动信号的瞬态分段开始时进行。
可选地，该方法包括将采样的采样事件的时序安排为在响应于该驱动信号的瞬态分段进行与响应于该驱动信号的平缓分段进行之间进行交替。
可选地，该方法包括将采样的采样事件的时序安排为在响应于该驱动信号的多个瞬态分段中的每一个进行两次与响应于该驱动信号的多个平缓分段中的每一个进行一次之间进行交替。
可选地，该驱动信号中的平缓分段的持续时间被定义为是不规律的。
可选地，该驱动信号是被平缓信号周期性中断的振荡信号。
可选地，该振荡信号是其频率低于该平缓分段的出现频率的正弦信号。
可选地，该方法包括生成多个驱动信号，其中每个驱动信号包括在时间上被平缓分段所分隔的瞬态分段；并且应用时域复用以便在该第二传导元件上响应于多个驱动信号对输出进行采样。
可选地，该多个驱动信号中的每一个包括被平缓信号周期性中断的振荡信号。
可选地，该振荡信号的相同振荡频率被用来生成每个驱动信号。
可选地，至少两个驱动信号具有振荡频率不同的振荡信号。
可选地，该数字化仪传感器包括第一平行传导线路集合和第二平行传导线路集合，该第一和第二传导线路集合以网格模式进行排列。
可选地，该至少一个传导元件是该第一平行传导线路集合中的传导线路，并且该第二传导元件是该第二平行传导线路集合中的传导线路。
可选地，该方法包括响应于提供该驱动信号而对该第二平行传导线路集合中的所有传导线路上的输出进行采样。
作为本发明一些实施例的一个方面，提供了一种用于利用数字化仪传感器进行基于电容的检测的方法，该数字化仪传感器包括电容耦合的多个传导元件，该方法包括：生成多个驱动信号，其中该多个驱动信号中的每个驱动信号包括间歇性地被平缓分段所中断的振荡信号；同时将该多个驱动信号提供至该多个传导元件，其中该多个驱动信号中的每一个被提供至该多个传导元件中的不同传导元件；并且应用时分复用以便响应于该多个驱动信号中的每一个的瞬态周期对第二传导元件上的输出进行采样。
可选地，每个驱动信号的振荡频率相同。
可选地，该振荡信号包括多于一种的振荡频率。
可选地，至少两个振荡信号的振荡频率是正交频率。
可选地，该方法包括应用频域复用以便响应于同时出现的至少两个驱动信号的瞬态周期而对该第二传导元件上的输出进行采样。
可选地，该数字化仪传感器包括第一平行传导线路集合和第二平行传导线路集合，该第一和第二传导线路集合以网格模式进行排列。
可选地，该多个传导元件是该第一平行传导线路集合中的多个传导线路，并且该第二传导元件是该第二平行传导线路集合中的传导线路。
除非另外有所定义，否则这里所使用的所有教导和/或科学术语都具有与本发明相关领域的技术人员一般所理解的相同的含义。虽然在实践并测试本发明实施例时能够使用类似或等同于这里所描述的那些的方法和素材，但是以下描述了示例性的方法和/或素材。在冲突的情况下，包括定义在内的专利说明书将会有所控制。此外，素材、方法和示例仅是说明性的而并非必然意在作为限制。
除非另外有所定义，否则这里所使用的所有教导和/或科学术语都具有与本发明相关领域的技术人员一般所理解的相同的含义。虽然在实践并测试本发明实施例时能够使用类似或等同于这里所描述的那些的方法和素材，但是以下描述了示例性的方法和/或素材。在冲突的情况下，包括定义在内的专利说明书将会有所控制。此外，素材、方法和示例仅是说明性的而并非必然意在作为限制。
附图说明
这里参考附图仅通过示例对本发明的一些实施例进行了描述。现在详细参考附图，所要强调的是，所示出的特定内容是作为示例并且是出于对本发明的实施例进行说明性讨论的目的。就此而言，利用附图所进行的描述使得本领域技术人员清楚地了解本发明的实施例可以如何进行实践。
在附图中：
图1是本领域已知的示例性数字化仪系统的简化框图；
图2是依据本发明一些实施例的包括多个矩形脉冲的示例性驱动信号以及用于对数字化仪传感器针对该驱动信号的响应进行采样的采样时间的简化表示形式；
图3是依据本发明一些实施例的包括非对称时间间隔的矩形脉冲的示例性驱动信号以及用于对数字化仪传感器针对该驱动信号的响应进行采样的采样时间的简化表示形式；
图4是依据本发明一些实施例的用于在基于电容的检测期间抑制噪声的示例性方法的简化流程图；
图5A、5B和5C分别是全部依据本发明一些实施例的示例性振荡信号、空白模式和所产生的驱动信号的简化表示形式；
图6是全部依据本发明一些实施例的图5C所示的驱动信号的一部分(分段B)以及基于电容的传感器针对接收到驱动信号的相对应响应的简化表示形式；
图7A、7B、7C和7D是全部依据本发明一些实施例的噪声抑制之前所获得的噪声和检测信号的振幅以及噪声抑制之后所获得的检测信号的振幅的简化表示形式；
图8是全部依据本发明一些实施例的进行交织的两个驱动信号以及基于电容的传感器针对接收到这两个驱动信号的响应的简化表示形式；和
图9是依据本发明一些实施例的用于进行基于电容的检测的示例性方法的简化流程图。
具体实施方式
本发明在其一些实施例中涉及到利用基于电容的数字化仪传感器进行检测，尤其但并非排他地涉及用于利用基于电容的数字化仪传感器进行检测的噪声抑制方法。
出于更好地理解如附图中图2-7中所示的本发明的一些实施例的目的，首先参考如图1所示的基于电容的数字化仪传感器的构造和操作。图1示出了示例性数字化仪系统100的框图，其包括互电容传感器26。互电容传感器26包括按照网格进行排列的行传导带21和列传导带18的模式化排列形式。典型地，行传导带21和列传导带18彼此电绝缘并且在结点区域42中和/或周围具有电容连接。
可选地，电容传感器26是透明的从而其能够覆盖在例如平板显示器(FPD)的显示器45上。在透明电容传感器中，传导条18和21利用传导性透明材料所形成，或者足够纤细而使得它们基本上并不会干扰观看被置于传导条18之后的电子显示器。传导条18和21通常在一层或多层的玻璃衬底、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)箔片和/或其它非传导衬底上形成图案。可替换地，传导条18可以在一层上形成图案并且传导条21可以在另一层上形成图案，其中这两层彼此隔离。
在数字化仪系统100的操作期间，数字单元20和/或集成电路(IC)16通常产生并沿一条轴线—例如传导条21—向传导条发送询问信号、驱动信号或脉冲，并且对来自其它轴线—例如，传导条18—的输出进行采样。在一些示例性实施例中，在向传导条发送触发脉冲时促成了手指触摸的检测。在一些实施例中，以连续模式对沿一条轴线的传导条进行询问，并且响应于每次询问，对来自其它轴线上的传导条的输出进行采样。该扫描过程使得能够获得与传感器26的每个结点42相关联的输出。典型地，该询问、驱动和/或触发信号是瞬态信号、振荡信号、脉冲，和/或由类型正弦波、方波等的任意AC信号所形成的一系列脉冲。典型地，该过程提供了对一个或多个传导物体的检测，例如，触碰传感器26和/或在其上方盘旋的指尖46。基于该扫描过程能够同时检测到多于一个的指尖46和/或例如标杆(token)的其它传导物体。
典型地，所采样的输出是由于在结点42周围所形成的互电感而跨接行和列传导条之间的结点42的询问信号。典型地，在没有任何与传感器26进行交互的物体的情况下检测基线振幅。典型地，指尖46的出现使得耦合信号的振幅减小5-30％。典型地，指尖46的出现产生尖峰形状的位置剖面，例如负尖峰和/或具有基底的凹槽，其通常覆盖指尖46的触摸传感器26上的接触区域并且可以在该区域周围进行延伸。可选地，当指尖46在传感器26上方盘旋时，所获得的位置剖面与触摸期间所获得的位置剖面相比通常会更低。
一些已知互电容传感器支持指尖检测以及信号传输笔44的检测。典型地，笔44所发射的信号在不需要触发的情况下被传感器26检测，上述触发例如利用询问信号驱动传感器26的传导线路。典型地，笔44所发射的信号被接近于笔44上的传输点—例如接近于笔44的传输尖端—的传导线路所拾取。典型地，从接近于笔44的传导线路所采样的输出的振幅增大1-200％，这取决于笔的传输功率以及例如传感器26的输入接口的电阻。
典型地，笔所传送的信号的信号频率被选择为与用来检测指尖46的询问信号的信号频率有所不同。典型地，IC 16基本上同时地对来自行传导条21和列传导条18的输出进行采样，并且基于所采样的输出位置确定笔44关于数字化仪传感器26的位置。典型地，采样用于检测笔的输出在数字化仪传感器26休眠时执行，例如在IC 16连同数字单元20一起并未通过数字化仪传感器26传送询问信号时执行。
根据本发明的一些实施例，数字单元20连同IC 16一起安装在一个或多个接近于显示器45的PCB 20上，并且被用作数字化仪系统的控制器和/或具有控制器和/或处理器的功能。来自数字化仪传感器的输出经由接口24被转发至主机22以便有操作系统或任何当前应用进行处理。可选地，该处理的至少一部分由主机22执行。典型地，数字单元20向主机22报告与传感器26进行交互的任何指尖46和/或笔的位置。可选地，与传感器26进行交互的指尖或笔的标识也被报告给主机22。
类似于数字化仪系统100的数字化仪系统例如在美国专利No.6690156、美国专利No.7292229和/或美国专利No.7372455中进一步详细地有所描述，它们的全文内容通过引用结合于此。
授予N-Trig有限公司的题为“Apparatus for object information detection andmethods of using same”的美国专利No.7902840描述了一种另外的用于检测敏感于电容耦合的传感器上在一个或多个物体的方法，该申请的内容同样通过引用结合于此。该方法例如包括使用多个频率—例如，正交频率—同时对多个电极进行询问。对响应于在多个电极之间以及跨接电极所形成的电容耦合的输出进行采样。从多个频率中的每一个所获得的输出被分离并且从采样信号对一个或多个物体沿多个被询问电极的位置进行检测。
所意识到的是，本发明并不局限于这里所描述的用于进行检测的数字化仪系统和方法的描述。根据其构造和/或用于利用触摸屏进行检测的其它方法，本发明还可以应用于其它数字化仪系统。
根据本发明的一些实施例，提供了一种用于即使在手指或传导物体与该数字化仪传感器进行交互的同时也对基于电容的数字化仪传感器的传导线路上的噪声信号进行检测的方法。根据本发明的一些实施例，该噪声信号基本上与检测信号同时地进行采样并且被用来抑制检测信号上的噪声，上述检测信号用于检测一个或多个手指和/或其它基于电容的物体。如这里所使用的，术语检测信号是指响应于触发传感器中电容耦合至第一传导元件的另一个第二传导元件而被传输至数字化仪传感器的一个传导元件的信号。典型地，应用时域复用以便对所采样的每条传导线路上的噪声信号联通检测信号一起进行采样。本发明人已经注意到，与数字化仪传感器的指尖交互的电容效应仅在该数字化仪被激励时—例如利用瞬态信号和/或脉冲(例如，振荡信号)进行询问时—才得以显现，而噪声信号则通常无论该传感器是利用瞬态信号进行触发还是处于被动的情况下始终都被数字化仪传感器所拾取。基于该观察，本发明人已经发现响应于触发而采样到的检测信号中的噪声在该数字化仪传感器处于被动、休眠和/或稳定状态的时间段期间能够被单独检测。典型地，该数字化仪传感器在没有触发信号通过该数字化仪传感器进行传送或者仅有DC信号通过该数字化仪传感器进行传送的时间段期间处于被动、休眠和/或稳定状态。典型地，该数字化仪传感器针对触发信号的响应在达到该数字化仪传感器的休眠、被动状态之前需要衰减。
可选地，当基本上与检测信号的采样同时地对噪声信号进行采样时，所检测到的噪声信号能够被用作检测信号的噪声分量的紧密近似，并且能够从中被减去以便抑制噪声。典型地，对于频率与噪声信号的采样速率相比较低的噪声而言是这样的情形。可选地，还应用低通滤波以便抑制较高频率的噪声。注意到，减法可以是模拟的，例如使用用于保持噪声输出的采样保持方法并且随后随差分放大器和/或数字化一起使用。可选地，减法可以在预先构造信号之后来执行。
根据本发明的一些实施例，在采样周期内基本上同时的采样通过应用以交替的瞬态和平缓分段—例如，DC分段—所形成的驱动脉冲而实现。可选地，该交替的瞬态和DC分段利用一系列间隔脉冲所形成。可选地，该交替的舒坦和DC分段通过通常用于触发数字化仪传感器的振荡信号的间歇性空白的部分所形成。根据本发明的一些实施例，采样利用空白模式和/或所产生的驱动信号进行协调，而使得在单个采样周期期间，交替地在休眠时间点(DC分段)期间以及活动时间点(AC分段)期间对输出进行采样。可选地，驱动信号和/或脉冲的多个部分通过将该振荡信号与在两个DC电平之间交替变化的方波进行复用而形成空白。典型地，在被动周期期间所采样的输出提供了噪声信号，而在活动周期和/或传感器由于活动周期进行转换的期间所采样的输出则提供检测信号。
在一些示例性实施例中，被动周期期间的采样被协调为朝向驱动脉冲的空白部分末端进行和/或在驱动脉冲之前的活动部分的效应已经衰退和/或衰减之后的时间进行。典型地，活动周期期间的采样被协调为在接近于休眠时间点期间所取得的样本的时间进行。根据本发明的一些实施例，针对每个采样事件配对，例如在休眠周期期间以及随后的一个活动周期，休眠周期期间所采样的输出的振幅从活动周期期间所采样的输出的振幅中被减去以抑制来自活动周期期间所采样的输出的噪声。
根据本发明的一些实施例，可替换地或除此之外，触发脉冲的间歇空白部分和/或应用利用交替的AC和DC分段所形成、定义和/或构建的触发脉冲被用于同时和/或基本上同时地对响应于每次驱动多于一条传导线路的输出进行采样。根据本发明的一些实施例，均在不同传导线路上进行传送的多个触发脉冲被进行交织而使得在具体时间仅有一个驱动信号和/或驱动线路是活动的。本发明人已经发现，通过将在不同线路上传送的多个驱动信号的活动周期进行交织，能够应用时域复用以对响应于相同传导线路上基本上同时的每个触发脉冲的输出进行采样。本发明人已经发现，通过对多个驱动脉冲的活动周期进行交织，能够提高数字化仪系统的效率。可选地，数字化仪传感器的刷新速率能够有所提高和/或互动占空比时间能够有所减小以降低功耗。典型地，出于该目的而应用时域复用。在本发明的一些示例性实施例中，使用触发脉冲的不同频率，而使得在具体时间能够有多于一个的驱动信号和/或驱动线路是活动的。可选地，这可以提供有所提高的效率，例如提高数字化仪传感器的刷新速率和/或减少活动占空比之间以降低功耗。可选地，还应用频域复用以对来自不同频率信号的响应进行分离。
现在参考图2，其示出了依据本发明一些实施例的有多个方波脉冲所形成的示例性驱动信号以及用于对数字化仪传感器针对该驱动信号的响应进行采样的示例性采样时间的简化表示形式。根据本发明的一些实施例，驱动信号204由在时间上被被动分段230所分隔的多个脉冲250所形成。可选地，脉冲250被示为矩形脉冲。可替换地，驱动信号204由包括尖峰脉冲或余弦方波脉冲。典型地，被动分段230是DC分段。可选地，驱动信号240在能够在其间检测到噪声信号的具有稳定0V电平的被动分段230和能够在其间检测到检测信号的由脉冲250的上升和下降—例如，上升至10V并下降至0V—而提供的活动分段之间进行交替。
根据本发明的一些实施例，驱动信号204被用来驱动传导线路，例如基于电容的数字化仪传感器26的传导线路18。根据本发明的一些实施例，在数字化仪传感器26的每个采样周期期间，驱动信号204通过传导线路21—例如，数字化仪传感器26的驱动线路—进行传送，并且作为响应，对来自与驱动线路21相交的多个传导线路18的输出进行采样以在驱动线路21和传导线路21之间形成的一个或多个结点42附近的指尖输入(等)。典型地，该输出在每个采样周期期间以预定次数进行采样，例如在1至100msec之间的持续时间的采样周期内在20至200次之间进行采样。可替换地，驱动线路从传导线路18中进行选择并且输出从传导线路21进行采样。
根据本发明的一些实施例，在采样周期期间，采样事件被定义为与驱动信号204中的脉冲同步出现。在一些示例性实施例中，多个采样事件210的时序被安排为响应于被动分段230而出现，并且多个采样事件220的时序被安排为响应于脉冲250的活动部分而出现，例如响应于脉冲250的上述而出现。根据本发明的一些实施例，使用时域复用将采样事件210与采样事件220进行交织而使得噪声信号和检测信号都在相同线路上且基本上同时地进行采样。可选地，与检测信号基本上同时采样的噪声信号提供了检测信号中的噪声分量的接近和/或有效的表示形式。
可选地，采样事件的时序被安排为在采样事件210和采样事件220之间进行交替。根据本发明的一些实施例，采样事件的时序被安排为使得采样事件210和220的配对彼此接近地出现而使得能够在时间上接近于来自采样事件220的信号检测而进行来自采样事件210的噪声估计。在一些示例性实施例中，采样事件210被定义为朝向被动分段230的末端进行，从而该数字化仪传感器能够在响应于之前的脉冲250的激励之后达到稳定状态。可选地，采样事件210的时序被安排为直接在如图2所示的脉冲250之前出现或者在脉冲250开始时出现。可替换地和/或除此之外，采样事件210的时序被安排为在针对之前脉冲250的响应衰减之后出现。在一些示例性实施例中，采样事件220的时序被安排为响应于脉冲250的上升沿出现，例如图2所示在脉冲250达到如最大电平之后马上出现。可替换地和/或除此之外，采样事件的时序被安排为响应于脉冲250的下降沿出现，例如在脉冲250下降至例如0V的最小和/或稳定状态电平之后马上出现。典型地，将采样事件210内所获得的输出的振幅从通过与其配对的采样事件220所获得的输出的振幅中减去。可选地，采样事件220的时序被安排为响应于脉冲的上升沿以及脉冲250随后的下降沿而出现。可选地，下降沿和上升沿之间的差值被确定以获取双倍信号。可选地，来自上升和下降沿的信号被平均。
在其它的示例性实施例中，频率基本上与脉冲250的接收速率相同的噪声通过对减去噪声分量之后的输出进行累加和平均而得到抑制。可选地，所不期望的伪像(artifact)的总和将通过以所累加的平均值减小检测信号的输出而得到抑制。可选地，采样周期内的采样速率被选择为避开已知噪声来源的频率，例如主机22的电源所产生的噪声、荧光灯所产生的噪声、显示器的LCD噪声、手指所引入的噪声等。
根据本发明的一些实施例，驱动信号204在对应于采样事件220的具体时间点提供驱动指尖检测(等)，而且还提供了使用采样事件220之间的时间周期230来检测数字化仪传感器的稳定状态期间的噪声信号。
现在参考图3，其示出了依据本发明一些实施例的包括非对称时间间隔的矩形脉冲的示例性驱动信号以及用于对数字化仪传感器针对该驱动信号的响应进行采样的示例性采样时间的简化表示形式。根据本发明的一些实施例，用于触发数字化仪传感器的驱动信号304包括多个非对称或不规则间隔的矩形脉冲250，它们被被动分段230所隔开。可选地，被动分段230的持续时间被定义为是不规则的，例如是随机的。根据本发明的一些实施例，用于对驱动信号304进行采样的采样事件210被定义为接近于和/或直接在每个被动分段230结束之前出现，并且采样事件220被定义为接近于和/或直接在每个被动分段230结束之后出现。可选地，具有随机和/或可变化频率的驱动信号204被用来避免相互调制失真。可选地，相互调制失真通过对随时间或者在频域中所测量的数值进行平均化而得到抑制。
现在参考图4，其示出了依据本发明一些实施例的用于对来自基于电容的数字化仪传感器的输出进行采样的示例性方法。根据本发明的一些实施例，定义并生成包括交替的平缓和瞬态周期和/或分段的驱动信号(框410)。典型地，瞬态分段的频率、振幅、形状和/或持续时间基于系统要求而被选择为提供对与数字化仪传感器进行交互的指尖等物体进行充分检测。典型地，例如DC周期的平缓周期的持续时间被选择而为提供用于之前其触发事件对于数字化仪传感器的影响得以衰退以及在数字化仪传感器的稳定状态和/或被动周期期间所进行的采样的充分时间。根据本发明的一些实施例，采样周期期间的采样事件被定义为与驱动信号的模式相同步而使得在驱动信号的休眠周期(框415)和活动周期(420)都进行采样。典型地，同步得以被定义而使得数字化仪系统在驱动信号的休眠和活动周期期间的采样之间进行交替。
典型地，休眠周期期间的事件被用来对噪声信号进行采样并且被定义为接近于后续的活动周期进行和/或在自之前活动周期起过去预定时间之后进行。根据本发明的一些实施例，用于检测指尖等的存在的检测信号在活动周期期间进行采样。本发明已经发现，通过时域复用和/或如这里所描述的对采样进行交织，噪声信号能够基本上与检测信号同时被采样并且如所检测的噪声信号能够被认为是检测信号的噪声分量的接近和/或有效的表示形式。根据本发明的一些实施例，在数字化仪传感器的休眠周期内所获得的输出被用来抑制在该数字化仪传感器的活动周期内所检测到的输出中的噪声(框430)。可选地，通过从例如在活动周期内所获得的来自后续和/或接近的检测采样事件的输出振幅中减去来自每个噪声采样的输出的振幅而对该噪声进行抑制。可选地，被动分段提供了针对每个所检测信号采样两个或更多的噪声信号。可选地，多个噪声信号被平均和/或以其它方式进行处理并且被用来对用于采样检测信号的相对应和/或接近的采样事件中的噪声进行抑制。
现在参考图5A、5B和5C，其示出了分别是全部依据本发明一些实施例的另一个示例性振荡信号、空白模式和所产生的驱动信号的简化表示形式。根据本发明的一些实施例，驱动信号506由振荡信号所形成，其例如是基于所定义的空白模式204而以平缓和/或DC分段间歇性地出现空白的正弦波502。根据本发明的一些实施例，正弦波502被用来生成驱动信号506。根据本发明的一些实施例，空白模式504被用来定义驱动信号506中能够用于检测噪声信号的DC分段。可选地，驱动信号506通过将正弦波502与空白模式504进行复用而形成。根据本发明的一些实施例，在采样周期期间，采样事件被定义为与模式504同步进行而使得响应于振荡信号502出现空白—例如采样事件210—而对输出而被多次采样，并且还响应于振荡信号502被输送—例如，采样事件220—而被多次采样。典型地，采样事件210和220的采样速率关联于振荡信号502的频率进行选择。将要意识到的是，噪声信号以及检测信号的重构通常随着采样速率关联于振荡信号502的增加而有所改善。应当注意到，虽然示出了对称的空白模式504，但是在本发明的可旋转实施例中，还可以使用定义了随机或非对称空白轴的空白模式。
现在参考图6，其示出了全部依据本发明一些实施例的图5C所示的驱动信号的一部分(分段B)以及基于电容的传感器针对接收到驱动信号的相对应响应的简化表示形式。根据本发明的一些实施例，响应于利用驱动信号506对传导线路进行驱动，在于驱动线路相交的传导线路上检测到输出606，其包括多个响应650。在一些示例性实施例中，响应于驱动信号506的活动分段251的上升608，与驱动线路相交的传导线路利用第一信号突发613作出响应，上述信号突发613例如是后续在驱动信号保持在基本上最大数值的同时出现衰减的正突发。典型地，第二突发620对活动分段251的电压下降作出响应，其例如是在输出下降时出现并且随后上升至稳定状态电平650的负突发。可替换地，该负突发在正突发信号之前出现。根据本发明的一些实施例，用于对检测信号进行检测的采样事件220的时序被安排为在第一信号突发613期间出现。可替换地和/或除此之外，采样事件220的时间被安排为在第二突发620期间出现。根据本发明的一些实施例，用于检测噪声的采样事件210的时间被安排为在第二脉冲620衰退之后出现并且在传导线路的稳定状态电平650期间进行采样而使得仅对噪声信号进行检测。典型地，采样速率和采样模式被定义为适合在数字化仪传感器的稳定状态和/或休眠周期期间对噪声信号进行采样。
现在参考图7A、7B、7C和7D，其示出了全部依据本发明一些实施例的噪声抑制之前所获得的噪声和检测信号的振幅以及噪声抑制之后所获得的检测信号的振幅的简化表示形式。根据本发明的一些实施例，响应于驱动信号502而获得的输出703包括响应于采样事件210而获得的输出的振幅310，其表示基于电容的数字化仪传感器的被动器件的噪声的振幅，并且包括响应于采样事件220所获得的输出的振幅320，其表示检测信号的振幅。典型地，从采样事件210所获得的输出是响应于数字化仪传感器所拾取的噪声信号303的输出，而从采样事件320所获得的输出是响应于驱动信号502和噪声信号303二者的输出。典型地，噪声信号303和检测信号都从数字化传感器中电容耦合至被触发的传导元件的元件进行采样。典型地，振幅320包括由于周围环境中的电磁张所导致的噪声分量，并且能够在数字化仪传感器的被动周期期间单独进行检测。可选地，该噪声分量是由于当前与数字化仪传感器进行交互和/或处于该数字化仪传感器附近的笔的传输。可选地，通过减法所进行的噪声抑制在同时进行的手指和笔的检测期间被关闭。
根据本发明的一些实施例，振幅310在时间上接近于采样事件220并且在数字化仪处于被动的同时获得，从而其能够备用欧诺个来估计振幅320中的噪声分量。可选地，与所配对的采样事件210和220之间的时间周期相比，振幅310提供了频率较低的噪声分量的充分表示形式。典型地，所配对的采样事件210和220之间较小的时间段提供了对来自较大频率范围—例如，包括较高频率—的噪声分量的表示。
根据本发明的一些实施例，通过从其配对的振幅320中减去每个振幅310而获得其中噪声得以被抑制的一系列振幅705。典型地，振幅321是在从其配对的振幅320中减去振幅310而获得的作为结果的振幅。可选地，检测信号706(虚线)能够基于所检测到的振幅321进行重构。典型地，振幅310和320的配对有获得该振幅的时间之间的接近度来定义。可选地，随后应用低通滤波以去除较高频率的噪声分量。
现在参考图8，其示出了全部依据本发明一些实施例的进行交织的两个驱动信号以及基于电容的传感器针对接收到这两个驱动信号的响应的简化表示形式。根据本发明的一些实施例，这里所描述的方法被用来通过时分复用(TDM)基本上同时地触发和/或驱动多条驱动线路。可选地，驱动信号706被用来驱动第一传导线路而驱动信号708则被用来同时驱动第二传导线路。典型地，该第一和第二传导线路从例如行或列轴线的相同轴线进行选择。可选地，驱动信号706和708从具有相同频率的振荡信号生成。
根据本发明的一些实施例，驱动信号706和706在不同时间出现空白而使得在任意给定时间仅有一个驱动信号具有活动分段。例如，在与驱动信号706相关联的采样事件220期间，驱动信号706是休眠的，而在与驱动信号708相关联的采样事件221期间，驱动信号706是休眠的。本发明人已经发现，多条传导线路的同时驱动能够被用于减少数字化传感器的总扫描周期，提高刷新速率和/或降低整个扫描周期所需的功耗。
根据本发明的一些实施例，还通过定义与数字化仪传感器的稳定状态和/或休眠周期同步的采样事件210和211而针对每条驱动线路检测噪声信号。典型地，每个采样事件210被同步以接近于驱动信号706的相对应采样事件220出现，同时每个采样事件211被同步为接近于相对应的采样事件221出现，而使得所检测到的每个噪声信号能够接近地表示分别在采样事件220和221内所定义的相对应检测信号的噪声分量。
根据本发明的一些实施例，在相交线路上所采样的输出710包括对应于驱动信号706的活动周期的采样事件220，其与对应于驱动信号708的活动周期的采样事件221进行交织。可选地，还包括采样事件210和211以检测数字化仪的休眠期间的输出以便估计线路上在接近于采样事件220和221中的每一个的时间的噪声。输出710示意性地表示了理想情形，其中在采样事件210和211期间没有检测到输出，并且在采样事件220和221期间所获得的输出接近地符合驱动信号706和708。典型地，噪声信号被数字化仪传感器所拾取从而在采样事件220和221期间所获得的输出通常可能并不符合驱动信号706和708并且还在采样事件210和211期间检测到输出。可选地，通过从采样事件220所检测到的振幅中减去在采样事件210内所检测到的振幅以及从采样事件221内所检测到的振幅减去在采样事件211内所检测到的振幅而提供噪声抑制。
根据本发明的一些实施例，可以基本上同时被触发的驱动线路的数量近似等于两个连续采样事件220(和/或两个连续采样事件221)之间的时间差与响应650衰减所需的时间之间的比率。
根据本发明的一些实施例，两个或更多的驱动信号706和708在相同时间出现空白但是以例如正交频率的不同频率从正交信号所生成。根据本发明的一些实施例，例如在所结合的美国专利No.7902840中所描述的，应用频域复用以便从每个驱动信号单独获得输出。可选地，除了时域复用之外或者作为其替代，可以使用频域复用。
根据本发明的一些实施例，响应于驱动信号而检测到的检测信号以及响应于驱动信号所检测到的检测信号使用采样和保持方法进行重构。可选地，在应用采样和保持之前，如例如参考图7A和7B所描述的那样应用噪声抑制。在一些示例性实施例中，随后对重构信号应用低通滤波从而改善检测信号的重构。
现在参考图9，其示出了依据本发明一些实施例的用于进行基于电容的检测的示例性方法的简化流程图。根据本发明的一些实施例，选择用于在基于电容的数字化仪系统中驱动检测的一个或多个振荡信号(框905)。典型地，基于系统要求对该振荡信号的频率、振幅和形状进行选择以提供对与数字化仪传感器进行交互的指尖等物体的充分检测。可选地，选择均具有例如正交频率的不同频率的多个振荡信号。根据本发明的一些实施例，选择一种或多种空白模式以便利用DC信号使得振荡信号的多个部分出现空白。根据本发明的一些实施例，应用一个或多个驱动信号以触发例如数字化仪传感器26的数字化仪传感器(框920)。可选地，多个驱动信号被同时应用以触发数字化仪传感器。可选地，空白模式被选择为使得一次最多有一个驱动信号提供触发。根据本发明的一些实施例，应用时域复用以对从数字化仪传感器26的多个传导元件中国浓度每一个所获得的输出进行采样，上述传导元件与其上应用一个或多个驱动信号的传导元件电容耦合(框920)。在一些示例性实施例中，如这里所描述的，应用时域复用以对触发信号的被动和活动周期期间的输出进行采样。在一些示例性实施例中，如这里所描述的，应用时域复用以响应于同时应用的多个驱动信号中的每一个而对输出进行采样。可选地，如这里所描述的对来自该数字化仪传感器的活动周期期间所检测到的信号的噪声进行抑制(框925)。根据本发明的一些实施例，通过将所定义的用于检测—例如指尖检测—的频率的检测信号的振幅减小和/或减去处于那些所定义频率的噪声信号的振幅而对所检测到的信号中的噪声加以抑制。可选地，应用另外的噪声抑制方法，例如应用低通滤波以进一步抑制检测信号上的噪声。可选地，在从活动周期期间所获得输出减去在休眠周期期间所获得的输出之后，应用峰值检测以检测所测量输出中的局部峰值。可选地，使用采样和保持电路保持这两个数值，因此提供了能够进一步处理的模拟输出信号。
在一些示例性实施例中，利用例如正交频率的不同频率所生成的驱动信号具有类似的空白模式和/或具有交替地提供同时利用两个频率对数字化仪传感器进行触发的空白模式。根据本发明的一些实施例，应用频域复用以将来自不同驱动信号的响应进行分离(框930)。可选地，利用频域复用来执行噪声抑制。
通过将两个或更多仅含有噪声的采样进行平均并且对它们进行处理，所公开的方法可以为了更好的高频噪声免疫力而进一步被加强。例如，可以取得两个或更多的样本，其中至少一个样本在激励之前取得而至少一个样本则在激励效果已经衰退之后取得。在另一个示例中，可以在激励之前或激励效果已经衰退之后取得两个或更多的样本。当有多个样本可用时，噪声能够被估算为它们的平均值。在另外的实施例中，一个或多个具有极值的结果可以被丢弃，而其它结果则可以被平均或以其它方式进行组合。
术语“包括”、“包括了”、“包含”、“含有”、“具有”以及它们的同源词表示“包括但并不局限于”。
术语“由...组成”表示“包括但并不局限于”。
所要意识到的是，本发明为了清楚而在单独实施例的上下文中进行描述的某些特征也可以在单个实施例中以组合方式提供。相反，本发明中为了简明而在单个实施例的上下文中进行描述的各个特征也可以单独提供或者以任意适当的子组合形式提供，或者适当地在任意其它所描述的本发明实施例中提供。在各个实施例的上下文中进行描述的某些特征并非被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些要素的情况下无法进行工作。

Claims (25)

1.一种利用数字化仪传感器进行基于电容的检测的方法，该数字化仪传感器包括电容耦合的多个传导元件，该方法包括：
生成驱动信号，该驱动信号包括瞬态分段，瞬态分段在时间上由平缓分段所分隔；
将所生成的驱动信号提供至该数字化仪传感器的至少一个传导元件；并且
响应于将所生成的信号提供至该至少一个传导元件而对传输至与该至少一个传导元件电容耦合的第二传导元件的输出进行采样，其中该采样的采样事件的时序被安排为以响应于该驱动信号的瞬态分段以及该驱动信号的平缓分段而进行。
2.根据权利要求1所述的方法，包括使用响应于该平缓分段所采样的输出对响应于瞬态分段所采样的输出中的噪声进行抑制。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括从响应于该驱动信号的瞬态分段所采样的输出的振幅中减去响应于该平缓分段所采样的输出的振幅。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述的减去是在连续输出的配对之间执行。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，包括将响应于平缓分段而进行的采样事件的时序安排为在第二传导元件针对该驱动信号之前的瞬态分段的响应已经衰减之后进行。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，包括将响应于平缓分段而进行的采样事件的时序安排为基本上在该驱动信号的瞬态分段开始时进行。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，包括将采样的采样事件的时序安排为在响应于该驱动信号的瞬态分段进行与响应于该驱动信号的平缓分段进行之间进行交替。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，包括将采样的采样事件的时序安排为在响应于该驱动信号的多个瞬态分段中的每一个进行两次与响应于该驱动信号的多个平缓分段中的每一个进行一次之间进行交替。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中该驱动信号中的平缓分段的持续时间被定义为是不规律的。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中该驱动信号是被平缓信号周期性中断的振荡信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中该振荡信号是其频率低于该平缓分段的出现频率的正弦信号。
12.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，包括：
生成多个驱动信号，其中每个驱动信号包括在时间上被平缓分段所分隔的瞬态分段；并且
应用时域复用以便在该第二传导元件上响应于多个驱动信号对输出进行采样。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该多个驱动信号中的每一个包括被平缓信号周期性中断的振荡信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中该振荡信号的相同振荡频率被用来生成每个驱动信号。
15.根据权利要求13所述的方法，其中至少两个驱动信号具有振荡频率不同的振荡信号。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中该数字化仪传感器包括第一平行传导线路集合和第二平行传导线路集合，该第一和第二传导线路集合以网格模式进行排列。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该至少一个传导元件是该第一平行传导线路集合中的传导线路，并且该第二传导元件是该第二平行传导线路集合中的传导线路。
18.根据权利要求17所述的方法，包括响应于提供该驱动信号而对该第二平行传导线路集合中的所有传导线路上的输出进行采样。
19.一种利用数字化仪传感器进行基于电容的检测的方法，该数字化仪传感器包括电容耦合的多个传导元件，该方法包括：
生成多个驱动信号，其中该多个驱动信号中的每个驱动信号包括间歇性地被平缓分段所中断的振荡信号；
同时将该多个驱动信号提供至该多个传导元件，其中该多个驱动信号中的每一个被提供至该多个传导元件中的不同传导元件；并且
应用时分复用以便响应于该多个驱动信号中的每一个的瞬态周期对第二传导元件上的输出进行采样。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述驱动信号中的每个驱动信号的振荡频率相同。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中该振荡信号包括多于一种的振荡频率。
22.根据权利要求21所述的方法，其中至少两个振荡信号的振荡频率是正交频率。
23.根据权利要求21或22所述的方法，包括应用频域复用以便响应于同时出现的至少两个驱动信号的瞬态周期而对该第二传导元件上的输出进行采样。
24.根据权利要求19-23中任一项所述的方法，其中该数字化仪传感器包括第一平行传导线路集合和第二平行传导线路集合，该第一和第二传导线路集合以网格模式进行排列。
25.根据权利要求24所述的方法，其中该多个传导元件是该第一平行传导线路集合中的多个传导线路，并且该第二传导元件是该第二平行传导线路集合中的传导线路。
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