CN105094418A - 用矩阵传感器检测有源笔的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种检测有源输入装置的处理系统、输入装置以及方法。所述方法包括操作多个传感器电极的第一部分以接收来自有源输入装置的有源输入信号，以及操作所述多个传感器电极的第二部分以接收与无源输入装置相对应的电容感测数据。所述第一部分和第二部分包括至少一个共同的传感器电极。所述方法还包括驱动多个显示电极以更新显示图像，其中所述多个传感器电极包括所述多个显示电极中的至少之一。

Description

用矩阵传感器检测有源笔的系统和方法
技术领域
本公开的实施例总体涉及电子装置。
背景技术
包括近距离传感器装置(通常也称为触摸板或触摸传感装置)的输入装置被广泛地应用在各种各样的电子系统中。近距离传感器装置典型地包括感测区域，其通常由表面区别，在该区域中近距离传感器装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或移动。近距离传感器装置可以被用于为电子系统提供界面。例如，近距离传感器装置经常被用作较大计算系统(诸如被集成在或外接到笔记本或台式电脑的不透明触摸板)的输入装置。近距离传感器装置也经常被用在较小计算系统(诸如集成在便携式电话中的触摸屏幕)中。
发明内容
在一个实施例中，披露了一种处理系统，包括：显示模块，其构造为驱动显示信号到多个显示电极上以更新显示器；以及传感器模块，其构造为与多个传感器电极通信，其中所述多个传感器电极包括所述多个显示电极中的至少一个。所述传感器模块构造为：在第一操作模式下操作所述多个传感器电极的第一部分以接收来自有源输入装置的有源输入信号，并且在第二操作模式下操作所述多个传感器电极的第二部分以接收与无源输入装置相对应的电容感测数据。所述第一和第二部分包括至少一个共同的传感器电极。
在另一实施例中，披露了一种输入装置，包括：多个传感器电极，所述多个传感器电极中的至少之一可操作为更新显示图像并且进行输入感测；以及处理系统，其与所述多个传感器电极耦接。所述处理系统构造为：在第一操作模式下操作所述多个传感器电极的第一部分以接收来自有源输入装置的有源输入信号，并且在第二操作模式下操作所述多个传感器电极的第二部分以接收与无源输入装置相对应的电容感测数据。所述第一和第二部分包括至少一个共同的传感器电极。
在另外一个实施例中，披露了一种方法，包括：操作多个传感器电极的第一部分以接收来自有源输入装置的有源输入信号，并且操作所述多个传感器电极的第二部分以接收与无源输入装置相对应的电容感测数据。所述第一和第二部分包括至少一个共同的传感器电极。所述方法还包括驱动多个显示电极以更新显示图像，其中所述多个传感器电极包括所述多个显示电极中的至少之一。
附图说明
从而，为了可以详细了解本发明的上述特点，可以参考实施例获得上述简要总结的本公开的更具体的描述，其中一些实施例在附图中例示。然而，值得注意的是，附图仅仅例示了本公开的典型实施例，并因此不应被视为限制本公开的范围，因为本公开可承认其它同样效果的实施例。
图1是根据某些实施例的输入装置100的示意性框图。
图2A-2D示出了根据某些实施例的构造为在与图案相关联的感测区域170中感测的感测元件124的示例性图案的一部分。
图3示出了根据一个实施例的接收来自有源输入装置的输入的传感器电极的操作。
图4A示出了根据一个实施例的接收来自有源和无源输入装置的输入的操作传感器电极的方法。
图4B示出了根据一个实施例的确定有源输入装置的位置的操作传感器电极的方法。
图4C示出了根据一个实施例的确定无源输入装置的位置的操作传感器电极的方法。
为了便于理解，尽可能使用相同的附图标记指示各图中共同的相同元件。可以预见到在一个实施例中公开的元素可以被有益地用于其它实施例而无需特别指明。除非明确说明，这里参考的附图不应被理解为按比例绘制。另外，为了清晰地图示和说明，附图经常被简化并且省略细节或组件。附图和讨论用于解释下面讨论的原理，其中同样的标记指示同样的元素。
具体实施方式
接下来的详细描述在本质上仅仅是示例性的，而非限制本公开或其应用和用途。此外，无意于通过前述技术领域、背景技术、发明内容或接下来的详细描述中所呈现的任何明示或暗示的理论限定本发明。
本技术的各个实施例提供了用于提高可用性的输入装置和方法。
公开了用于协调有源和无源输入感测的技术。具体地，各种技术可以被用于利用处理系统解决来自有源输入装置的通信信道和位置输入的问题，该处理系统也构造为接收来自无源输入装置的输入。在某些情况下，这些布置可以被用于大致利用同样的感测硬件实施方式(例如，共享传感器电极)在特定的感测时间窗口(诸如离散感测帧)内进行有源的和无源输入感测。在某些情况下，感测元件被包括在基于无源输入的输入装置内，并且该布置可以被用于在操作上使输入装置适应于(也)接收来自有源输入装置的输入。
图1是根据本技术的实施例的输入装置100的示例性框图。在一个实施例中，输入装置100包括显示装置，显示装置包含集成感测装置。尽管本公开所例示的实施例被示出为与显示装置集成在一起，但应该预计到本发明也可在不与显示装置集成的输入装置中来实施。输入装置100可构造为向电子系统150提供输入。如本文档中所使用的那样，术语“电子系统”(或“电子装置”)广义上是指能够以电子方式处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制实例包括各种尺寸和形状的个人电脑，诸如台式计算机、便携式计算机、上网本、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理(PDA)等。另外的实例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和独立的操作杆或键盘开关的物理键盘。其它实例电子系统包括外围设备，诸如数据输入装置(包括遥控器和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏和打印机)。其它实例包括远程终端、自助服务终端和视频游戏机(例如，视频游戏控制器、便携式游戏装置等)。其它实例包括通信装置(包括便携式电话，诸如智能电话)和媒体设备(包括记录仪、编辑器和诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框以及数码相机等的播放器)。另外，电子系统可以是主机或输入装置的从属设备。
输入装置100可以被实施为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统在物理上分离。视情况而定，输入装置100可以利用下述的任何一项或多项与电子系统的某些部分通信：总线、网络以及其它有线或无线互连。实例包括I2C、SPI、PS/2，通用串联总线(USB)、蓝牙、RF以及IrDA。
在图1中，输入装置100被显示为近距离传感器装置(也经常被称为“触摸板”或“触摸传感器装置”)，其构造为感测在感测区域170中由一个或多个输入物体140提供的输入。实例输入物体包括手指和触控笔，如图1所示。
感测区域170包含输入装置100上方、周围、内部和/或附近的任何空间，在感测区域170中输入装置100能够检测用户输入(例如，由一个或多个输入物体140提供的用户输入)。特定感测区域的尺寸、形状和位置可随着实施例的不同而大不相同。在某些实施例中，感测区域170从输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸到直到信噪比足够阻止精确物体检测的空间。在各种实施例中，此感测区域170沿特定方向延伸到的距离可以为小于毫米、数毫米、数厘米或更大的数量级，并且可以随着所应用的感测技术的类型和期望的精确度而显著变化。因此，某些实施例感测输入，该输入包括未与输入装置100的任何表面接触、与输入装置100的输入表面(例如，触摸表面)接触、与以某些量的作用力或压力耦合于输入装置100的输入表面接触和/或上述的组合。在各种实施例中，可以由安置传感器电极的壳体的表面、在传感器电极或任何壳体等上施加的面板提供输入表面。在某些实施例中，感测区域170当投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
输入装置100可以利用传感器部件和感测技术的任意组合来检测感测区域170中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的多个感测元件124。感测元件124包括多个传感器电极120和一个或多个栅极122。作为若干个非限制性的实例，输入装置100可以使用电容性的、介电性的、电阻性的、电感的、磁声的、超声的和/或光学的技术。
某些实施方式构造为提供跨越一维、两维、三维或更高维空间的图像。某些实施方式构造为提供沿着特定轴线或平面的输入的投影。
在输入装置100的某些电阻性实施方式中，可弯曲且导电的第一层被一个或多个间隔元件而与导电的第二层分离。在操作过程中，穿过这些层产生一个或多个电压梯度。按压可弯曲的第一层可以使它充分偏转以在各层之间产生电接触，得到反映各层之间接触点(数个点)的电压输出。这些电压输出可以被用于确定位置信息。
在输入装置100的某些电感性实施方式中，一个或多个感测元件124收集由谐振线圈或一对线圈感应的回路电流。那么电流的振幅、相位和频率的某些组合可以被用于确定位置信息。
在输入装置100的某些电容性实施方式中，电压或电流被施加以产生电场。附近的输入物体引起电场的改变，并且产生电容耦合的可检测的改变，其可以被检测为电压、电流等的改变。
某些电容性实施方式利用电容性感测元件124的阵列或其它规则的或不规则的图案产生电场。在某些电容性实施方式中，单独的感测元件124可以一起被欧姆短路以形成较大的传感器电极。某些电容性实施方式利用电阻性的片材，其可以是电阻均匀性。
如上面所讨论的，某些电容性实施方式基于传感器电极120与输入物体之间的电容耦合的变化而采用“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各种实施例中，传感器电极120附近的输入物体改变传感器电极120附近的电场，从而改变所测量的电容耦合。在一个实施方式中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压(例如，系统接地)调制传感器电极120，并且检测传感器电极120与输入物体140之间的电容耦合来进行操作。
此外如上所述，某些电容性实施方式基于传感器电极120之间的电容耦合的变化而采用“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各种实施例中，传感器电极120附近的输入物体140改变传感器电极120之间的电场，从而改变所测量的电容耦合。在一个实施方式中，跨电容感测方法如下所进一步描述的通过检测一个或多个发射器传感器电极(也称为“发射器电极”)与一个或多个接收器传感器电极(也称为“接收器电极”)之间的电容耦合来进行操作。发射器传感器电极可以被相对于参考电压(例如，系统接地)调制以发送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压大体保持恒定以便于结果信号的接收。结果信号可包括相应于一个或多个发射器信号和/或一个或多个环境干扰源(例如，其它电磁信号)的影响(数个影响)。传感器电极120可以是专用的发射器电极或接收器电极，或者可以构造为既可发送又可接收。
在图1中，处理系统110被示为输入装置100的一部分。处理系统110构造为操作输入装置100的硬件来检测在感测区域170中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)的部分或全部和/或其它电路部件。(例如，对于互电容传感器装置的处理系统可以包括构造为用发射器传感器电极发送信号的发射器电路，和/或构造为用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。)在某些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码和/或其它等等。在某些实施例中，组成处理系统110的部件被定位在一起，诸如靠近输入装置100的感测元件(数个感测元件)124。在其它实施例中，处理系统110的部件在物理上分离，其中一个或多个部件靠近输入装置100的感测元件(数个感测元件)124，并且一个或多个部件在别处。例如，输入装置100可以是耦接到台式计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括构造为在台式计算机的中央处理单元上运行的软件和与中央处理单元分离的一个或多个IC(也许带有关联的固件)。作为另一实例，输入装置100可以在物理上被集成在电话中，并且处理系统110可以包括电路和固件，其是电话的主处理器的一部分。在某些实施例中，处理系统110专用于实施输入装置100。在其它实施例中，处理系统110也执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。
处理系统110可以被实施为一组模块，其操纵处理系统110的不同功能。每个模块可以包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。模块实例包括用于操作诸如传感器电极和显示屏等硬件的硬件操作模块、用于处理诸如传感器信号和位置信息等数据的数据处理模块以及用于报告信息的报告模块。其它模块实例包括构造为操作感测元件(数个感测元件)124来检测输入的传感器操作模块、构造为识别诸如模式改变手势等手势的识别模块以及用于改变操作模式的模式改变模块。
在某些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作而直接响应于感测区域170中的用户输入(或缺乏用户输入)。动作实例包括改变操作模式以及GUI动作，诸如光标移动、选定、菜单导航和其它功能。在某些实施例中，处理系统110将关于输入(或缺乏输入)的信息提供给电子系统的某部分(例如，提供给与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果存在这样独立的中央处理系统的话)。在某些实施例中，电子系统的某部分处理从处理系统110接收到的信息以对用户输入起作用，诸如促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在某些实施例中，处理系统110操作输入装置100的感测元件(数个感测元件)124来产生指示感测区域170中的输入(或缺乏输入)的电子信号。处理系统110可以对电子信号进行任何适当量的处理以产生被提供给电子系统的信息。例如，处理系统110可以将从感测元件124获得的模拟电信号数字化。作为另一实例，处理系统110可以进行滤波、解调或其它信号调节。在各种实施例中，处理系统110直接从用感测元件124(传感器电极120)接收到的结果信号生成电容性图像。在其它实施例中，处理系统110对用感测元件124(或传感器电极120)接收到的结果信号在空间上滤波(例如，取相邻元素的差值、加权和)以生成锐化的或平均的图像。作为另外一个实施例，处理系统110可以减去基线或以其它方式说明基线，使得信息反映电子信号与基线之间的差值。作为其它的实例，处理系统110可以确定位置信息、识别作为命令的输入、识别手写等等。
这里所使用的“位置信息”广义上包含绝对位置、相对位置、速度、加速度以及其它类型的空间信息。示例性的“零维”位置信息包括近/远或接触/非接触信息。示例性的“一维”位置信息包括沿着轴线的位置。示例性的“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性的“三维”位置信息包括在空间中的瞬时或平均速度。其它实例包括空间信息的其它表示。关于一个或多个类型的位置信息的历史数据也可以被确定和/或存储，例如包括跟踪随着时间变化的位置、运动或瞬时速度的历史数据。
在某些实施例中，用由输入系统110或某些其它处理系统操作的附加输入部件来实现输入装置100。这些附加输入部件可以对感测区域170中的输入提供多余的功能或某些其它功能。图1示出了感测区域170附近的按钮130，其可以被用于便于利用输入装置100选定项目。其它类型的附加输入部件包括滑块、球、飞轮、开关等等。相反，在某些实施例中，可不用其它输入部件来实现输入装置100。
在某些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区域170与显示装置160的显示屏的有效区域的至少一部分重叠。例如，输入装置100可以包括覆盖显示屏的大致透明的感测元件124并且为关联的电子系统提供触摸屏界面。显示屏可以是能够对用户显示可视界面的任何类型的动态显示器，并且可包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或其它显示技术。输入装置100和显示装置160可以共享物理元件。例如，某些实施例可以利用一些相同的电部件来显示和感测(例如，构造为控制源电压、栅电压和/或Vcom电压的有源矩阵控制电极)。共享部件可包括显示电极、基底、连接器和/或连接线。作为另一实例，可以由处理系统110部分或完全操作显示装置160。
应当理解的是，尽管本技术的许多实施例被描述为功能完备的设备，但本技术的机制也能够以各种形式被分发为程序产品(例如，软件)。例如，本技术的机制可被实施和分发为电子处理器可读的信息承载介质(例如，处理系统110可读的非临时性计算机可读和/或可记录/可写的信息承载介质)上的软件程序。另外，无论用于实施分发的介质是何特定类型，本技术的实施例同等适用。非临时性的电子可读的介质的实例包括各种光盘、记忆棒、存储卡、存储模块等等。电子可读的介质可以基于闪存、光学、磁性、全息或任何其它存储技术。
图2A示出了根据某些实施例的构造为在与图案相关联的感测区域170中感测的感测元件124的示例性图案的一部分。为了清晰的例示和描述，图2A示出了图案为简单的矩形且其间设置有栅极122的感测元件124的传感器电极120，并且没有示出各种其它部件。感测元件124的示例性图案包括排列成X列和Y行的传感器电极120X,Y(统称为传感器电极120)的阵列，其中X和Y是正整数，尽管X和Y其中之一可以为零。预期到感测元件124的图案可以包括具有其它布置的多个传感器电极120，其它布置诸如为环形阵列、重复性图案、非重复性图案、单行或单列或其它适当的布置。此外，在各种实施例中，传感器电极的数量可以在行与行之间不同和/或在列与列之间不同。在一个实施例中，传感器电极120的至少一行和/或一列相对于其它行和/或列偏移，使得该行和/或列相对于其它行和/或列沿至少一个方向进一步延伸。传感器电极120和栅极122被耦合到处理系统110并且被用于确定在感测区域170中的输入物体140的存在(或缺乏)。
在第一操作模式中，传感器电极120的布置(1201,1-120X,Y)可以被用于经由绝对感测技术检测输入物体的存在。也就是说，处理系统110构造为调制传感器电极120来获取已调制的传感器电极120与输入物体之间的电容耦合的变化的测量值以便确定输入物体的位置。处理系统110进一步构造为基于用已调制的传感器电极120接收到的结果信号的测量值确定绝对电容的变化。
传感器电极120典型地彼此欧姆绝缘，并且也与栅极122欧姆绝缘。也就是说，一个或多个绝缘器将各传感器电极120(和栅极122)分隔并且阻止它们彼此间发生电短路。在某些实施例中，通过绝缘间隙202来分隔传感器电极120与栅极122。分隔传感器电极120与栅极122的绝缘间隙202可以用电绝缘材料填充，或者可以是气隙。在某些实施例中，通过一层或多层绝缘材料垂直得分隔传感器电极120与栅极122。在某些其它实施例中，通过一个或多个基底分隔传感器电极120与栅极122；例如，传感器电极120和栅极122可以被设置在同一基底的相对两面上，或设置在不用的基底上。在其它的实施例中，栅极122可以由同一基底上的多层或不同基底上的多层组成。在一个实施例中，第一栅极可以形成在第一基底上或基底的第一面上并且第二栅极可以形成在第二基底上或基底的第二面上。例如，第一栅极包括设置在显示装置160的TFT层上的一个或多个共用电极，并且第二栅极被设置在显示装置160的颜色过滤镜片上。在一个实施例中，第一栅极的各维度等于第二栅极的各维度。在一个实施例中，第一栅极的至少一个维度不同于第二栅极的一个维度。例如，第一栅极可以构造为设置在第一和第二传感器电极120之间并且第二栅极可以构造为使得其与第一和第二传感器电极120和第一栅极中的至少之一重叠。此外，第一栅极可以构造为设置在第一和第二传感器电极120之间并且第二栅极可以构造为其仅与第一栅极重叠并且比第一栅极小。
在第二操作模式中，当发射器信号被驱动到栅极122时，传感器电极120(1201,1-120X,Y)可以被用于经由跨电容感测技术检测输入物体的存在。也就是说，处理系统110构造为用发射器信号驱动栅极122并且用每个传感器电极120接收结果信号，其中结果信号包括对应于发射器信号的影响，其可被处理系统110或其它处理器用来确定输入物体的位置。
在第三操作模式中，传感器电极120可以被分成发射器电极和接收器电极的各组，其被用于经由跨电容感测技术检测输入物体的存在。也就是说，处理系统110可用发射器信号来驱动第一组传感器电极120并且用第二组传感器电极120接收结果信号，其中结果信号包括相应于发射器信号的影响。处理系统110或其它处理器利用结果信号来确定输入物体的位置。
输入装置100可构造为在上述任何一种模式下操作。输入装置100也可构造为在上述任何两种或更多种模式之间切换操作。
电容耦合的局部电容感测的区域可以被称为“电容像素”。可在第一操作模式中在各个传感器电极120与参考电压之间、在第二操作模式中在传感器电极120与栅极122之间以及在被用作为发射器电极和接收器电极的各组传感器电极120之间形成电容像素。电容耦合随着输入物体140在与感测元件124相关联的感测区域170中的接近和运动而改变，并且因此可以被用作输入物体在输入装置100的感测区域中的存在的指示器。
在某些实施例中，传感器电极120被“扫描”以确定这些电容耦合。也就是说，在一个实施例中，传感器电极120中的一个或多个被驱动以发送发射器信号。发射器可被操作为使得一个发射器电极在一个时间发送，或使得多个发射器电极同时发送。在多个发射器电极同时发送的情况下，多个发射器电极可发送相同的发射器信号并且有效地产生效果更大的发射器电极。选择性地，多个发射器电极可发送不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可根据一个或多个可编码方案发送不同的发射器信号，所述编码方案使得能够单独确定对接收器电极的结果信号产生的组合影响。在一个实施例中，多个发射器电极可同时发送相同的发射器信号而接收器电极可利用扫描方案接收。
构造为接收器传感器电极的传感器电极120可以被单独或多重操作来获取结果信号。结果信号可以被用来确定电容耦合在电容像素的测量值。处理系统110可以构造为用传感器电极120以扫描方式和/或多路复用方式来接收以减少做出同时测量值的数量以及支撑电结构的尺寸。在一个实施例中，一个或多个传感器电极经由诸如多路复用器等开关元件被耦接到处理系统110的接收器。在这样的实施例中，开关元件可以在处理系统110的内部或在处理系统110的外部。在一个或多个实施例中，开关元件可以进一步构造为用发射器或其它信号和/或电压电位耦合传感器电极。在一个实施例中，开关元件可以构造为同时将多于一个的接收器电极耦接到共同的接收器。
在其它实施例中，“扫描”传感器电极120来确定这些电容耦合包括调制传感器电极中的一个或多个并且测量一个或多个传感器电极的绝对电容。在另一个实施例中，传感器电极可以被操作为使得一次驱动多于一个的传感器电极并且用其接收。在这样的实施例中，可以同时从一个或多个传感器电极120中每一个获得绝对电容测量值。在一个实施例中，传感器电极120的每一个被同时驱动并且用其接收，同时从传感器电极120的每一个获得绝对电容测量值。在各种实施例中，处理系统110可构造为选择性地调制传感器电极120的一部分。例如，可基于，但不限于，在主机处理器上运行的应用程序、输入装置的状态以及感测装置的操作模式来选择传感器电极。在各种实施例中，处理系统110可构造为选择性地屏蔽传感器电极120的至少一部分并且选择性地屏蔽栅极(数个栅极)122或用其发送同时选择性地用其它传感器电极120接收和/或发送。
来自电容像素的一组测量值形成“电容图像”(也称为“电容帧”)，其代表像素处的电容耦合。可以在多个时间段获取多个电容图像，并且它们之间的差值被用于得出关于感测区域内的输入的信息。例如，在接连的时间段获取的接连的电容图像可以被用于跟踪一个或多个输入物体进入、退出和在感测区域内的运动(数个运动)。
在任何上述实施例中，多个传感器电极120可以成组在一起使得可以同时调制传感器电极120或同时用传感器电极120接收。相较于上述方法，将多个传感器电极成组在一起可产生过程性电容图像，其可能不适于识别精确的位置信息。然而，过程性电容图像可以被用于感测输入物体的存在。在一个实施例中，过程性电容图像可以被用于移动处理系统110或输入装置100以离开待机模式或低功率模式。在一个实施例中，过程性电容图像可以被用于移动电容传感器集成电路以离开待机模式或低功率模式。在另一个实施例中，过程性电容图像可以被用于移动主机集成电路以离开待机模式或低功率模式。过程性电容图像可对应于整个传感器区域或仅对应于传感器区域的一部分。
输入装置100的背景电容是与在感测区域170中没有输入物体相关联的电容图像。背景电容随着环境和操作条件的改变而变化，并且可以各种方式被估计。例如，一些实施例当确定在感测区域170中没有输入物体时采用“基线图像”，并且使用这些基线图像作为它们的背景电容的估计值。背景电容或基线电容可由于两个传感器电极之间的杂散电容耦合而存在，其中用调制的信号驱动一个传感器电极并且另一个传感器电极相对于系统接地保持固定或从接收器电极与附近的调制电极之间的杂散电容耦合保持固定。在许多实施例中，背景电容或基线电容可以在用户输入手势的时间段期间相对固定。
可针对输入装置100的背景电容调节电容图像以进行更有效的处理。某些实施例通过在电容像素形成电容耦合的测量值的“基线”来产生“基线电容图像”从而实现上述处理。也就是说，某些实施例对形成电容图像的测量值和与这些像素关联的“基线图像”的适当的“基线值”进行比较，并且从该基线图像确定变化。
在某些触摸屏实施例中，传感器电极120中的一个或多个包括在更新显示屏的显示时所使用的一个或多个显示电极。显示电极可以包括有源矩阵显示器的一个或多个元件，诸如一段或多段分段式Vcom电极(共用电极(数个共用电极))、源驱动线、栅极线、阳极子像素电极或阴极子像素电极、或任何其它显示元件。这些显示电极可以设置在适当的显示屏基底上。例如，共用电极可以设置在某些显示屏中的透明基底(玻璃基底、TFT玻璃或任何其它透明材料)上(例如，共面开关(IPS)、缘场开关(FFS)或面-线开关(PLS)、有机发光二极管(OLED))、设置在某些显示屏的颜色过滤镜片的底部(例如，形成图案的垂直排列(PVA)或多象限垂直排列(MVA))、设置在发射层(OLED)之上等等。在这样的实施例中，显示电极也可被称为“组合电极”，这是因为它执行多重功能。在各种实施例中，传感器电极120的每一个包括一个或多个共用电极。在其它实施例中，至少两个传感器电极120可以共享至少一个共用电极。尽管以下描述可能描述传感器电极120和/或栅极122包括一个或多个共用电极，但如上所述的各种其它显示电极也可结合共用电极一起使用或作为共用电极的替代物。在各种实施例中，传感器电极120和栅极122包括整个共用电极层(Vcom电极)。
在各种触摸屏实施例中，“电容帧速率“(获取接连电容图像的速率)可相同于或不同于“显示帧速率”(更新显示图像的速率，包括刷新屏幕以重新显示相同的图像)的电容帧速率。在各种实施例中，电容帧速率是显示帧速率的整数倍。在其它实施例中，电容帧速率是显示帧速率的分数倍。在另外的实施例中，电容帧速率可以是显示帧速率的任何分数或整数。在一个或多个实施例中，在触摸帧速率维持恒定的同时显示帧速率可以改变(例如，减少功率或提供诸如3D显示信息等附加的图像数据)。在其它实施例中，在触摸帧速率增长或降低的同时显示帧速率可以保持恒定。
继续参考图2A，耦接到传感器电极120的处理系统110包括传感器模块204，并且可选地包括显示驱动器模块208。传感器模块204包括电路，该电路构造为驱动传感器电极120的至少之一以在期望输入感测的时段期间进行电容感测。在一个实施例中，传感器模块构造为将调制信号驱动到至少一个传感器电极上以检测该至少一个传感器电极与输入物体之间的绝对电容的改变。在另一实施例中，传感器模块构造为将发射器信号驱动到至少一个传感器电极上以检测该至少一个传感器电极与另一传感器电极之间的跨电容的改变。调制信号和发射器信号一般为变化的电压信号，其包括在为输入感测分配的时段内的多个电压转换。在各种实施例中，可在不同的操作模式中不同地驱动传感器电极120和/或栅极122。在一个实施例中，可以用相位、振幅和/或形状的任一个可能不同的信号(调制信号、发射器信号和/或屏蔽信号)来驱动传感器电极120和/或栅极122。在各种实施例中，三个调制信号和发射器信号在形状、频率、振幅和/或相位中的至少之一相似。在其它实施例中，调制信号和发射器信号在频率、形状、相位、振幅和相位不同。传感器模块204可以选择性地耦接到传感器电极120和/或栅极122的一个或多个。例如，传感器模块204可以耦接到传感器电极120的所选部分并且在绝对的或跨电容感测模式中操作。在另一实例中，传感器模块204可以是传感器电极120的不同部分并且在绝对的或跨电容感测模式中操作。在另外一个实例中，传感器模块204可以耦接到所有的传感器电极120并且在绝对的或跨电容感测模式中操作。传感器模块204也构造为操作栅极122作为屏蔽电极。处理系统110构造为操作栅极122作为屏蔽电极，其可对传感器电极120屏蔽附近导体的电场效应。在一个实施例中，处理系统构造为操作栅极122作为屏蔽电极，其可对传感器电极120屏蔽附近导体的电场效应并且相对于栅极122防护传感器电极120，至少部分地减少栅极122与传感器电极120之间的寄生电容。在一个实施例中，屏蔽信号被驱动到栅极122上。屏蔽信号可以是接地信号，诸如系统接地或其它接地，或任何其它恒定电压(例如，非调制的)信号。在另一个实施例中，操作栅极122作为屏蔽电极可以包括将栅极电浮动。在实施例中，栅极122能够作为有效的屏蔽电极而操作同时由于其对其它传感器电极的大的耦合而被电极浮动。在其它实施例中，屏蔽信号可以被称为防护信号，其中该防护信号是变化的电压信号，其具有与被驱动到传感器电极上的调制信号相似的相位、频率和振幅中的至少之一。在一个或多个实施例中，由于路由在栅极122和/或传感器电极120之下，可对路由(例如，迹线240和/或242)屏蔽响应于输入物体，因此路由可以不是示为传感器电极120的有源传感器电极的一部分。
在一个或多个实施例中，电容感测(或输入感测)和显示更新可以发生在至少部分重叠的时段期间。例如，由于共用电极被驱动以用于显示更新，因此共用电极也可以被驱动以用于电容感测。在另一实施例中，电容感测和显示更新可以发生在非重叠的时段期间，该非重叠的时段也被称作非显示更新时段。在各种实施例中，非显示更新时段可以发生在对于显示帧的两条显示线的显示线更新时段之间并且可以至少如显示更新时段的时间一样长。在这样的实施例中，非显示更新时段可以被称为长的水平消隐时段、长的h消隐时段或分布式消隐时段，其中消隐时段发生在两个显示更新时段之间并且至少如显示更新时段一样长。在一个实施例中，非显示更新时段发生在帧的显示线更新时段之间并且足够长以允许将被驱动到传感器电极120上的发射器信号的多重转换。在其它实施例中，非显示更新时段可包括水平消隐时段和竖直消隐时段。处理系统110可构造为驱动传感器电极120以便在不同的非显示更新时间的任何一个或多个或任意组合期间进行电容感测。可在传感器模块204和显示模块208之间共享同步信号以对重叠的显示更新时段和电容感测时段的精确控制提供可重复的相干频率和相位。在一个实施例中，这些同步信号可以构造为允许在输入感测时段的开始或结束时相对稳定的电压与(例如，临近输入积分器复位时间结束时和临近显示电荷分享时间结束时)具有相对稳定的电压显示更新时段相一致。调制信号或发射器信号的调制频率可以在显示线更新速率的谐波上，其中确定相位以提供从显示元件到接收器电极的几乎恒定的电荷耦合，允许此耦合成为基线图像的一部分。
传感器模块204包括构造为用感测元件124接收结果信号的电路，其包括在期望输入感测的时段期间与调制信号或发射器信号相对应的影响。传感器模块204可以确定输入物体140在感测区域170中的位置，或者可以将包括表示结果信号的信息的信号提供给另一模块或处理器，例如，判断模块或电子装置150的处理器(即，主机处理器)，用以确定输入物体140在感测区域170中的位置。
显示驱动器模块208可以被包括在处理系统110内或与处理系统110分离。显示驱动器模块208包括被确定将在非感测(例如，显示更新)时段期间对显示装置160的显示器提供显示图像更新信息的电路。在一个实施例中，传感器模块204和显示驱动器模块208可以被包括在共同的集成电路(第一控制器)内。在另一个实施例中，传感器模块204和显示模块208分别被包括在独立的集成电路内。在这些包括多个集成电路的实施例中，在集成电路之间可耦合同步机构，其构造为将显示更新时段、感测时段、发射器信号、显示更新信号等同步。在一个实施例中，传感器模块204和/或显示驱动器模块208的一部分可以被包括在独立的集成电路上。例如，传感器模块204的第一部分可以被包括在具有显示驱动器模块208的第一集成电路中，而传感器模块204的第二部分被包括在第二集成电路中。在一个实施例中，被包括在特定的集成电路上的传感器模块204和/或显示驱动器模块208的部分可以基于功能分组。例如，诸如显示处理和传感器输入处理的处理功能可以被包括在第一集成电路(诸如定时控制器电路)内，而诸如显示驱动和传感器电极驱动的驱动功能被包括在第二集成电路(诸如源驱动器电路)上。
如上所讨论的，感测元件124的传感器电极120可以形成为离散几何形状、多边形、条状、块状、线状或其它形状，其相互之间欧姆绝缘。在各种实施例中，欧姆绝缘包括无源绝缘，其中有缘开关可构造为在一时间段中将不同的传感器电极耦合于相同的信号。传感器电极120可以通过电路而被电耦合以形成相对于传感器电极120中的一个独立电极具有更大平面面积的电极。传感器电极120可以由不透明的材料或非不透明的导电材料、或二者的组合制造。在传感器电极120与显示装置一起使用的实施例中，会期望使用非不透明的导电材料用于传感器电极120。在传感器电极120不与显示装置一起使用的实施例中，会期望使用具有较低电阻率的不透明的导电材料用于传感器电极120以便改进传感器性能。适合制造传感器电极120的材料除了其它之外包括ITO、铝、银、铜、钼和导电性碳材料，并且各种传感器电极可以由不同导电材料的沉积堆叠形成。传感器电极120可以形成为具有很小的开口区域或没有开口区域(即，具有未被孔间断的平面表面)的导电材料的连续体，或可选择性地被制造为形成具有穿过其间而形成的开口的材料体。例如，传感器电极120可由导电材料的网格形成，诸如多个互连的细金属丝。在一个实施例中，传感器电极120的长度和宽度的至少之一可以在大约1mm到大约2mm的范围内。在其它实施例中，传感器电极的长度和宽度的至少之一可以小于大约1mm或大于大约2mm。在其它实施例中，长度和宽度可以不相似，并且长度和宽度之一可以在大约1mm到大约2mm的范围内。此外，在各种实施例中，传感器电极120可以包括在大约4mm到大约5mm的范围内的中心间距；然而，在其它实施例中，该间距可以小于大约4mm或大于大约5mm。
栅极122可以被制造为与传感器电极120相似。可以利用导电迹线240、242(在阴影中显示)将传感器电极120和栅极122耦接到处理系统110。导电迹线240、242可以形成在与传感器电极120和栅极122中的至少之一相同的平面内，或者可形成在一个或多个单独的基底上并且通过通孔(未示出)连接到各自的电极120、122。导电迹线240和242可以形成在金属层上，该金属层被设置为使得传感器电极120在金属层和输入物体之间。在一个实施例中，金属层包括用于显示装置的源驱动器线和/或栅极线。导电迹线240、242及其之间的通孔可以通过它们和显示装置的用户之间所设置的黑色掩膜层对用户隐藏。导电迹线240和242中的至少之一可以在源驱动器金属层中包括一个或多个路由迹线(导体)。在一个或多个实施例中，这样的层可以被称为金属互连层二。此外，导电迹线240和/或242可以被设置在源驱动器线之间的金属层上。可选择地，导电迹线240和242中的至少之一可以包括在门栅驱动器金属层中的一个或多个导体或不是构造为用于显示更新的门栅驱动器线。此外，导电迹线240和/或242可被设置在门栅驱动器线之间的金属层上。在另一实施例中，导电迹线240和242中的至少之一可以包括在Vcom跳线金属层中的一个或多个导体或不是构造为用于显示更新的Vcom线。此外，导电迹线240和/或242可以被设置在栅极之间的金属层上。在其它实施例中，除了包括源驱动器线和/或栅极线的层之外还包括金属层。也可在感测元件124的区域界限的外侧向外形成导电迹线140、142的一部分。在各种实施例中，导电迹线240和/或242可以被设置在Vcom电极跳线层中。Vcom电极跳线层可以被称为金属层三或金属互连层三。在一个实施例中，导电迹线可以被设置在源驱动器层和Vcom电极跳线层两者上。在各种实施例中，显示装置可包括“双栅极”或“半源驱动器”构造，以允许导电路由迹线240和/或242被设置在源驱动器层上的源驱动器之间。在一个或多个实施例中，在导电迹线240和242之间的正交方向的连线可以被放置在单独的层上且其间设有通孔。
在传感器电极120的至少两个之间设置栅极122。栅极122可以至少部分地包围多个传感器电极120作为一组，并且也可以或选择性地完全或部分包围传感器电极120中的一个或多个。在一个实施例中，栅极122是具有多个开口210的平面体212，每个开口210包围传感器电极120的相应一个。相应地，栅极122分隔并且包围传感器电极120的至少三个或更多个，并且在此实例中，分隔并且包围所有的传感器电极120。间隙202将主体212与设置在开口210中的传感器电极120间隔开。在一个或多个实施例中，场极122构造为基本填充由间隙202限定的空间。在一个实施例中，第二栅极可被设置在栅极122和触摸输入层之间的基底上。第二栅极可以与栅极122的尺寸相同，或大于栅极122使其与又一个传感器电极120和栅极122重叠，或小于栅极122使其与栅极122的一部分重叠。在各种实施例中，在传感器电极120的至少两个之间设置栅极122，使得栅极122在不同的层(即，不同的基底或相同基底的不同面)上并且与至少两个传感器电极的一部分和传感器电极之间的间隙重叠。在传感器电极120包括一个或多个共用电极的实施例中，传感器电极可包括整个的共用电极层。
栅极122也可以被分段。栅极122的分段可以允许各段栅极122更隐蔽。各段可利用迹线或通孔互连，从而可用共用信号同时驱动栅极122的所有段。选择性地，如下面进一步讨论的，当传感器电极120在某种操作模式中构造为接收器电极时，可以独立驱动栅极122的一段或多段以便促进传感器电极120的扫描。
如在图2A的放大图中所示，栅极122可以包括第一段230、第二段232和第三段234。第一段230和第二段232相互偏移并且夹设一列传感器电极，显示为传感器电极1202,1和1202,2。尽管在放大图中没有显示，但第一段230也可将一列传感器电极1202,Y与传感器电极1021,Y分离，而第二段232可将一列传感器电极1202,Y与传感器电极1023,Y分离。在一列之内的相邻的传感器电极120之间设置第三段234，该相邻的传感器电极被显示为传感器电极1202,1和1022,2。可以独立地驱动段230、232、234中的两个或多个，例如作为发射器电极。
图2B示出了传感器元件124的选择性阵列，其可被用在图1的输入装置100中。如图2B中所示，传感器元件124包括栅极122，其可包括比传感器电极120大得多的表面面积。在图2B的实施例中，栅极122至少部分地包围一个或多个传感器电极120，例如如参考箭头290所示。附加地，或选择性地，栅极122完全包围至少一个传感器电极120并且仅部分地包围其它传感器电极120，例如如参考箭头290和292所示。在其它实施例中，栅极122可以完全包围所有的传感器电极120。尽管在图2B中没有显示，但可预期到栅极122可以如关于图2A所述的那样被分段。
图2C示出了传感器元件124的选择性阵列，其可被用在图1的输入装置100中。如图2C中所示，传感器元件124包括多于一个的栅极，其被统称为栅极122并且被示例性地示为栅极122(A,B)，其中A和B是非零整数。在图2C的实施例中，每个栅极122至少部分地包围不同组的传感器电极120，其中一组传感器电极被定义为通过共同一个栅极122至少部分地包围的一组传感器电极。每个栅极122可以在尺寸上大体相似并且包围相同数量的传感器电极120；然而，在其它实施例中，栅极122可以在尺寸和被至少部分包围的传感器电极120数量的至少之一是不同的。此外，尽管图2C的实施例示出了八个栅极122，但在其它实施例中，输入装置100可以包括两个或更多个栅极122。在一个实施例中，每个栅极122可以经由示为迹线242(1,1)、242(1,B)、242(A,1)和242(A,B)的不同的导电路由迹线被独立地耦接到处理系统110。在其它实施例中，两个或更多个栅极122可以经由共同的导电路由迹线242被耦接到处理系统110，换言之，迹线242(1,1)、242(1,B)、242(A,1)和242(A,B)被组合在一起。在这样的实施例中，多路复用器(或相似的电路)可以被用于在栅极122之间转换。
可以沿着这样的朝向布置多个栅极122，该朝向在第一方向上比正交于第一方向的第二方向上具有延伸更远的展布范围(areaextent)。在一个实施例中，沿着在第一方向上比在第二方向上具有延伸更远的展布范围的朝向布置每个栅极122。在另一个实施例中，沿着在第二方向上比在第一方向上具有延伸更远的展布范围的朝向布置每个栅极122。在另外一个实施例中，沿着在第一方向上和在第二方向上具有大体等距离延伸的展布范围的朝向布置每个栅极122。此外，栅极122可以构造为使得一个或多个栅极122具有与至少一个其它栅极122朝向不同的展布范围。例如，第一栅极122可在第一方向上比在第二方向上延伸更远，并且第二栅极122可在第二方向上比在第一方向上延伸更远。在其它实例中，栅极122朝向的其它组合是可能的。在其它实施例中，栅极122可以朝向为使得每个栅极122在尺寸上大体相似。传感器电极120的至少一个或各组传感器电极120可以类似于如上参考栅极122所述的那样构造。
在一些实施例中，被单个栅极122包围的一组传感器电极120可以在单行对齐。在其它实施例中，被单个栅极122包围的一组传感器电极120可以在单行线性对齐，诸如图2C中所描绘的实施例中所示。在其它的实施例中，被单个栅极122包围的一组传感器电极120可以在多行对齐，诸如图2D中所描绘的实施例中所示。被一个栅极122包围的传感器电极120的数量和/或朝向可以相同于或不同于被不同栅极122包围的传感器电极120的数量和/或朝向。
在一些实施例中，栅极122可以沿着一个或多个轴线或方向在空间上被期望的量分隔，以便为输入装置的操作提供期望的栅极的电特性。在一个实施例中，栅极122的每一个沿着一个或多个轴线被相同距离分隔。例如，每个栅极122可沿着y方向与相邻的栅极(数个栅极)分隔第一距离d1，并且沿着x方向被第二距离(未示出)分隔。在其它实施例中，第一距离和第二距离可以选择性地改变。例如，栅极122A,1和122A,1沿着y方向分隔第一距离d1，并且(对于此实例假定在122A,2与122A,B-1之间没有栅极)栅极122A,2和122A,B-1沿着y方向分隔不同的距离d2。可沿着其它方向，诸如x方向在栅极之间提供类似的距离变化。
可以任意可行的图案设置栅极之间的不同距离，无论是重复的还是非重复的、对称的或是非对称的等等。例如，可使用交替的图案，其中相邻栅极之间的距离是交替的(例如，d1、d2、d1、d2、……)。另一实例是渐进的图案，其中相邻栅极之间的距离逐渐增大或减小(例如，d1、d2>d1、d3>d2、……)。另一实例是一个金字塔式图案，其包括从初始距离到最大(或最小)距离的递增(或递减)，并且然后从最大(或最小)到初始距离(或者任何选择性的端距离值)递减(或递增)。显然，这些图案的变化都是可能的。尽管这里相对于一个特定方向(例如，x方向或y方向)描述了距离的各种图案，但可以预期可使用相对于多个方向(例如，x和y两个方向)的更复杂的图案。
栅极122之间的距离以及距离的图案可被优选地选择以提供输入装置内期望的栅极的电特性。在一个实例中，距离可被选择为控制栅极122的每一个与系统接地之间的接地电容值。更好地控制接地电容值可对模拟前端(AFE)的性能提供改进，模拟前端与栅极耦接并且用于对来自各个传感器电极的信号采样。
在各实施例中，一个或多个传感器电极120可以共享与处理系统110的耦合。传感器电极120可以被分组为使得至少两个传感器电极沿着与栅极122的朝向正交的方向耦接。例如，多个传感器电极120(3,1)、120(3,2)、120(3,Y-1)和120(3,Y)具有与栅极122(1,1)正交的朝向，并且可耦接到共同的导电路由迹线2403。在另一实例中，每个传感器电极120可耦接到不同的导电路由迹线240和处理系统110的共用引脚。多路复用器(或类似的电路元件)可与导电路由迹线(数条路由迹线)240耦接，使得传感器电极120可在共享导电路由迹线240时各自单独与处理系统110耦接。在另一实例中，每个传感器电极120可耦接到不同的导电路由迹线240，其中每个导电路由迹线240耦接到处理系统110的不同引脚。处理系统110可构造为同时用多个传感器电极120接收或用每个传感器电极120独立接收。在一个实施例中，处理系统110可构造为，当用发射器信号驱动多于一个的栅极122时，使用扫描式的时分复用方案利用多个传感器电极120进行接收。栅极可以彼此相邻或不相邻。在一个实施例中，可以同时用两个传感器电极120接收，而用发射器信号驱动对应于传感器电极120中的至少之一的栅极122。
处理系统110可构造为同时驱动发射器信号到每个栅极122上并且用传感器电极120接收结果信号。在这样的实施例中，每个栅极122可用基于多个数字代码的不同的一个数字代码的发射器信号来驱动。数字代码可以包括提供数学独立结果的任何适合的代码。在一个实施例中，用于发射器的设置的数字代码大体为正交的，即，表现出非常低的互相关性，这是公知的。注意到，即使当两个代码没有表现出严格的零互相关性时也将这两个代码视为基本正交。在特定的实施例中，例如，数字代码是伪随机序列码。在其它实施例中，可使用沃尔什码、金氏码或另外合适的准正交代码或正交代码。在另一实施例中，处理系统110构造为用相同的发射器信号同时驱动栅极122而用传感器电极120各自独立地接收。可以选择一些基本正交的代码，其具有近零总和，从而减少了与显示元件耦合的代码的影响，一组这样的代码是循环代码，其中每个码向量是其它向量的旋度(rotation)。
处理系统110可构造为扫描通过栅极122，一次一个地将发射器信号驱动到栅极122上，同时用传感器电极120接收。在一个实施例中，仅用那些正被驱动的栅极122所包围的传感器电极120来接收。在其它实施例中，传感器电极120的全部或某部分可以与正被驱动的栅极122一起接收。
在一些实施例中，处理系统110可构造为基于输入物体140的位置信息选择性地构造栅极122或传感器电极120。例如，在一个实施例中，处理系统110可以将发射器信号驱动到栅极122上，使得栅极被驱动为一个大的栅极122。处理系统110可以选择性地仅驱动接近所检测到的输入物体或数个物体140的栅极122的一部分。例如，在一个实施例中，处理系统110可以将屏蔽信号驱动到栅极122上，使得栅极被驱动为一个大的栅极122。此外，处理系统110可以用屏蔽信号选择性地仅驱动接近所检测到的输入物体或数个物体140的栅极122的一部分。在一个实施例中，用于驱动栅极122的驱动方案(如上所讨论的)可基于输入物体或数个物体140的位置信息而改变。
在各种实施例中，处理系统110构造为用栅极122接收结果信号并且基于结果信号确定有源输入装置的位置信息。如文中所限定的，有源输入装置通过发射一个或多个电信号来提供输入，一个或多个电信号能够在输入装置的感测区域(例如，输入装置100的感测区域170)中被检测到。有源输入装置的一些非限制性实例包括动力笔或触控笔，但也可使用其它合适的形式因素和布置。有源输入装置一般包括功率源(诸如电池)和供电电路。下面参考图3讨论有源输入装置的附加方面。
同样，尽管下面讨论了传感器电极120和栅极(数个栅极)122用于有源输入感测的一般操作，但将相对于图3讨论进一步的实施细节。在这样的实施例中，结果信号包括与有源输入装置发送的有源输入信号相对应的影响。在包括单个栅极122的这些实施例中，为了检测有源输入装置，处理系统110构造为用栅极122接收结果信号；结果信号包括对应于有源输入信号的影响。在这样的实施例中，处理系统110可以检测有源输入装置的有无，即，零维位置信息。在采用多个栅极122的这些实施例中，处理系统110可以确定有源输入装置的存在以及该装置沿一个或多个轴线的位置。
在包括单个栅极122的这些实施例中，一旦在感测区域中检测到有源输入装置，处理系统110就可操作传感器电极120来确定有源输入装置的位置。处理系统110可使用一个或多个切换元件或多路复用器操作各种图案的传感器电极120以便确定有源输入装置的位置。在一个实施例中，传感器电极120可构造为使得传感器电极在第一时间段期间形成为第一组以确定沿第一轴线的位置然后在第二时间段期间形成为第二组以确定沿第二轴线的位置。在各种实施例中，第一组可形成其中一行和一列并且第二组可形成其它行和其它列。在一个或多个实施例中，传感器电极120可以被分组为形成具有各种形状和尺寸的一个或多个较大的传感器电极。
在一个实施例中，处理系统110可操作栅极122来确定有源输入装置的存在并且同时操作传感器电极120来确定有源输入装置的位置信息。在其它实施例中，处理系统110可以操作栅极122来确定有源输入装置的存在并且依次扫描通过传感器电极120以确定有源输入装置的位置信息，其中每次操作传感器电极120中的一个或多个。
在包括多个栅极122的实施例中，处理系统110可以构造为同时操作至少两个栅极122以确定有源输入装置的存在，并且操作各组栅极以确定有源输入装置沿一个或多个轴线的位置信息。在一个或多个实施例中，用于确定有源输入装置的位置信息的传感器电极120可被包括在不同的栅极122内，并且栅极122也可操作为确定有源输入装置的位置信息。
传感器电极120可耦接到处理系统110以沿着第一轴线和第二轴线检测有源输入装置。在一个实施例中，传感器电极可通过多个多路复用器或其它切换机构而耦接到处理系统以形成各组传感器电极，其可被同时操作以确定有源输入装置沿着第一轴线和第二轴线的位置信息。第一组传感器电极120可以被同时操作以确定有源输入装置沿第一轴线的位置并且第二组传感器电极120可以被同时操作以确定有源输入装置沿第二轴线的位置。在一个实施例中，第一组传感器电极可对应于各行并且第二组传感器电极可对应于各列。处理系统110可构造为操作第一组传感器电极120以确定第一数据图并且操作第二组传感器电极120以确定第二数据图。在各种实施例中，传感器电极120可以形成为具有各种形状和尺寸的各组并且可沿着一个或多个轴线形成。在这样的实施例中，处理系统110可操作传感器电极120来检测并确定有源输入装置的位置。传感器电极120可以第一方式耦接到处理系统110以在第一时间段期间检测有源输入装置并且以第二方式耦接到处理系统110以在第二时间段期间确定有源输入装置的位置。以第一方式耦接传感器电极120可包括将传感器电极120耦接到处理系统110，使得所形成的各组传感器电极比当以第二方式耦接传感器电极时所形成的各组传感器电极具有更大的间距。
图3示出了根据一个实施例的接收来自有源输入装置的输入的传感器电极的操作。一般地，布置300、320、340(统称为布置)分别描绘了感测元件124的示例性操作的各方面，其布置可以类似于在图2A-2D中描绘的各个实施例的布置。感测元件124可以利用输入装置100的处理系统110来操作。
各布置描绘了四个栅极122，每一个栅极包围一个或多个传感器电极120，例如三个传感器电极。为简单起见，各布置示出了栅极122和传感器电极120而没有诸如电迹线和用于处理来自电极的信号的相关电路的各种元件。有源输入装置310设置在最靠近传感器电极1205,2的位置。如图所示，有源输入装置310被描绘为有源笔，其包括位于壳体311内的电路并且通过导电笔尖312发送输入信号。由有源输入装置310产生的信号可对处理系统110提供信息，其可包括位置数据、有源输入装置的各部件的操作状态(例如，施加在笔尖312上的力，无论形成在壳体311中的按钮是否被按压)、电池数据、装置标识数据等等。
布置300示出了感测元件124在第一时间的操作，其中处理系统操作各个传感器电极来确定有源输入装置310的存在。这种零维位置信息进而可在操作感测元件124以协调从无源和有源两种输入装置接收的输入时被使用。
在布置300内，栅极122的第一图案被处理系统110在第一时间驱动以获得有源输入装置310的零维位置信息。受驱动的电极一般由阴影线表示。在一个实施例中，包括在输入装置的感测区域内的所有栅极122可操作为接收从有源输入装置310发射出的有源输入信号。所有的栅极122并行操作来检测有源输入装置可以提供感测区域的最大量的空间覆盖率，从而提高检测性能。此外，在一个实施例中，不需要栅极122的多路复用来使用栅极图案进行感测，一般允许更快速地完成感测。
在一些实施例中，处理系统可用期望的信号驱动传感器电极(传感器电极120和/或栅极122)来接收(或并行接收)有源输入信号。在一个实施例中，在传感器电极上驱动的信号包括恒定电压。在另一个实施例中，在传感器电极上驱动的信号包括调制信号。在某些情况下，可能需要处理系统进行附加的信号处理来区分和测量有源输入信号，而与此同时其它信号在传感器电极上被驱动。
在其它实施例中，可在第一时间驱动栅极122的不同图案以从有源输入装置310感测。在一个实施例中，可驱动最靠近有源输入装置的一个或多个先前位置的一组相邻的栅极。该组的大小和组成可取决于自有源输入装置310的先前感测起历经的时间。例如，可响应于较长的历经时间驱动较大组的栅极，因为可能在该历经时间段内有源输入装置已经移动很远。类似地，有源输入装置310的先前位置可以被用来确定有源输入装置的速度、移动方向和/或估计位置，该信息可以被用于选择特定的栅极122来感测有源输入装置的存在(例如，对应于速度、方向以及时间的一个或多个围绕有源输入装置的估计位置和/或沿着有源输入装置的预定路径)。
在布置300内进行的零维感测可以规律性(或周期性)地进行以便建立有源输入装置310与处理系统110能够可靠通信的通信信道。显然，可通过从有源输入装置发送的信号的属性来判断感测的周期性。例如，在周期性通信窗口期间有源输入装置可提供信息的激增，从而可基于窗口的长度、随后窗口之间周期的长度等等来设定感测的周期。为此，若干个实施例大致同时地进行栅极122的图案的驱动，并且不使用基于时间的序列。
在某些情况下，由有源输入装置310发射有源输入信号的定时(例如，当通信窗口出现时)可能最初对处理系统110而言是未知的。相应地，在一些实施例中，处理系统可包括同步模块，其构造为使用一个或多个传感器电极(诸如栅极122)接收有源输入信号，并且生成有源输入信号的相位和频率的至少之一的估计值。在一个实施例中，同步模块进行相位估计和频率估计。在一个实施例中，同步模块的一部分包括在传感器模块204和判断模块206的一个或两个中。在一个实施例中，传感器模块204也可基于有源输入信号的估计的相位和/或频率生成防护信号。传感器模块204可将防护信号驱动到一个或多个电极上，该一个或多个电极(例如，相邻于或邻近于传感器电极)与用于接收有源输入信号的一个或多个传感器电极通信耦接。
在一些实施例中，确定有源输入装置310的存在可基于确定在传感器电极120和/或栅极122接收到的信号的频率或周期。在某些情况下，有源输入信号的频率和相位对于处理系统110而言是未知的，接收到的信号的测量值可以用来估计频率和相位。在一些实施例中，确定有源输入装置310的存在也可包括所计算的信噪比(SNR)与最低阈值的比较，或通过确定信号强度超过背景噪声的某些其它测度来确定有源输入装置310的存在。
另外，通过使用栅极122的图案进行感测，处理系统110也可同时进行其它感测。例如，处理系统可使用传感器电极120进行无源输入装置的感测(也称为无源输入感测)，其与有源输入装置感测在时间上至少部分重叠。一般而言，无源输入装置通常不发射电信号作为输入，而是通过影响附近的电信号来提供输入。例如，可以使用如上所述的各种电容感测技术进行电容耦合测量来检测无源输入装置。在一些实施例中，用电容感测信号来驱动一个或多个传感器电极120，并且所得到的检测信号表示无源输入装置的有无。无源输入装置的一些非限制性实例包括手指和无动力笔或触控笔。由于电容式感测信号是已知的，附近的栅极122由于驱动电容感测信号而经历的任何影响可由处理系统减轻(例如，从栅极测量值减去预期的影响)。
接下来，布置320示出了感测元件124在第二时间的操作，其中处理系统操作各个传感器电极来确定有源输入装置310沿着第一维度(或轴线或方向)的位置。第二时间通常发生在进行了感测以检测有源输入装置310(例如，布置300中的感测)之后。一般来说，确定有源输入装置310的位置可包括进行在各个传感器电极120和/或栅极122感测的信号的测量。在某些情况下，该确定步骤可包括计算一个或多个传感器电极120和/或栅极122的SNR(或其它信号强度测度)，并且比较SNR与阈值和/或对于其它传感器电极或栅极而另外计算的SNR。例如，对应于计算的最大SNR(数个SNR)(即，具有相对最佳的信号强度)的传感器电极(数个传感器电极)120可以是多个传感器电极中最接近有源输入装置的传感器电极。诸如插值等其它数学技术可用于以更高的精度确定位置和/或确定相对于多个传感器电极测量值的位置。尽管相对于笛卡尔坐标系(即，x、y和z方向)讨论了有源输入装置的位置，但该技术也可应用于使用替代坐标系或沿着替代维度(例如，径向、球状、不规则图案)排列的传感器布置。
处理系统110可驱动沿着第一维度布置的一组(数组)栅极122。在一个实施例中，处理系统同时驱动不同的组。在另一个实施例中，处理系统可按时间序列驱动各组。如图所示，为了确定有源输入装置在y方向上的位置，栅极1221,1和1222,1被分组为行3251，并且栅极1221,2和1222,2被分组为行3252。类似地，“左侧”栅极1221,1和1221,2和“右侧”栅极1222,1和1222,2可被分组为相应的列来确定有源输入装置在x方向上的位置。在一个实施例中，通过栅极的展布范围来确定各组栅极。例如，栅极122在x方向上比在y方向上延伸更远。在这种情况下，将栅极分组为行(即，沿x方向分组)可能是有益的，因为它允许位置沿y轴方向的更大的分辨率。例如，通过将栅极分组为各行而获得的分辨率大约好于将栅极分组为各列而获得的分辨率的三倍(3x)，这仅仅基于由栅极122围住的传感器电极120的数量和大小。
接下来，布置340示出了感测元件124在第三时间的操作，其中处理系统操作各个传感器电极来确定有源输入装置310沿第二维度(或轴线或方向)的位置。第三时间一般发生在第一时间(即，检测有源输入装置310而进行的感测)之后。第三时间可发生在第二时间之前、之后、或可与第二时间(即，检测沿第一维度的位置而进行的感测)重叠。
如图所示，在此第三时间确定有源输入装置310沿x方向的位置。在一些实施例中，可将各个传感器电极分组在一起以进行确定。例如，1205,1和1205,2的传感器电极沿y方向对齐并且可适于求解沿x方向的位置，即使每个传感器电极被不同的栅极122包围。然而，如上所述，来自每个传感器电极120的输入可优选被组合来提供期望的测量值。这些分组可形成几何形状或图案。例如，各组栅极122可形成水平朝向的"条"而来自传感器电极1205,1和1205,2的分组输入有效地形成竖直朝向的“带”350。显然，传感器电极的其它组合可形成平行于带350布置的其它带。
在一些实施例中，不同类别的形状相对于其它具有大致正交的朝向。在其它实施例中，各形状可布置为具有交替的朝向。在一些实施例中，来自传感器电极120的分组输入通常可在特定的维度提供比接地的栅极122更好的分辨率。这可以是这样的情况：栅极在一个维度相对于另一维度具有更大的展布范围(例如，具有长轴线)。
在一个实施例中，处理系统110同时驱动传感器电极120的不同“带”。在另一个实施例中，处理系统可按时间序列驱动各带。在一个实施例中，处理系统可应用多路复用器电路，以便模拟前端(AFE)部件从特定带350中的所选的传感器电极120获得测量值。在另一个实施例中，处理系统可使用AFE对带内部分或全部传感器电极同时采样，然后进行输入的某些数字组合来求解有源输入装置的位置。
在一个实施例中，在第一有源输入感测操作模式中，所选的多个传感器电极(例如，一组栅极)限定第一空间传感器间距(或有效覆盖面积)。在第二无源输入感测操作模式中，所选的多个传感器电极(例如，一个或多个矩阵传感器电极)限定比第一传感器间距小的第二传感器间距。在某些情况下，第一传感器间距可较大以便有效地容纳从有源输入装置接收通信信道和位置数据两者。在一个实施例中，感测区域不包括栅极。在这种情况下处理系统可针对第一有源输入感测模式使用多路复用技术组合多于一行(矩阵)的传感器电极来提供期望的传感器间距。处理系统可针对第二无源输入感测模式而包括较少的传感器电极，诸如单行。
以上讨论的布置披露了使用也构造为接收来自无源输入装置的输入的处理系统来解决来自有源输入装置的通信信道和位置输入的各种方法。具体而言，这些布置可用于大致使用相同的感测硬件实施方式(例如，共享的传感器电极)在特定的感测时间窗口(诸如离散感测帧)内进行有源和无源输入感测。在某些情况下，感测元件被包括在基于无源输入的输入装置内，并且布置可用于在操作上使输入装置(也)适于接收来自有源输入装置的输入。
图4A示出了根据一个实施例的接收来自有源和无源输入装置的输入的传感器电极的操作方法。一般可按照上述感测元件124的图案以及布置的描述来使用方法400。
方法400开始于框405，其中处理系统在第一操作模式中操作多个传感器电极以接收来自有源输入装置的有源输入信号。在一个实施例中，多个传感器电极的至少一个包括多个显示电极的至少一个，这些显示电极构造为被显示信号驱动以更新显示。
在一些实施例中，多个传感器电极可被布置为矩阵配置，其中一个或多个栅极设置在空隙区域中。在某些情况下，栅极部分或完全包围传感器电极。
在框415，在第二操作模式中，处理系统操作多个传感器电极以接收来自无源输入装置的电容感测数据。根据文中所述的各种实施例，框405的有源输入感测和框415的无源输入感测可在不同时间进行或可同时进行。可以大致使用相同的感测硬件实施方式(例如，共享的传感器电极)在特定的感测时间窗口(诸如离散感测帧)内进行有源和无源输入感测。在一些实施例中，有源和无源输入感测可在感测区域的相同或不同子区域中进行。
图4B示出了根据一个实施例的确定有源输入装置的位置的传感器电极的操作方法。通常，如上所述，方法420可作为方法400的框405的一部分来进行。
方法420开始于框425，其中处理系统驱动一组的一个或多个栅极来检测有源输入装置的存在。在一个实施例中，一个或多个栅极包括特定感测区域内的所有栅极。在一个实施例中，一个或多个栅极全部在大致相同的时间被驱动。在此框中可以驱动栅极来确定有源输入装置的零维位置信息(例如，存在或不存在)。可以周期性进行框425以建立和维持与有源输入装置的通信信道，其发送的信号可在离散的周期性的通信窗口中发生。
在框435，处理系统驱动一个或多个子组的栅极以便确定有源输入装置沿着第一维度的位置坐标。在一个实施例中，栅极可被分组为行或列。在一个实施例中，栅极包括相对于第二维度的沿着第一维度的长轴，并且栅极可以沿着第一维度被分组以便提供有源输入装置的更好的感测分辨率。
在框445，处理系统选择正交于第一维度对齐的一个或多个传感器电极的至少一组。在一个实施例中，所选的传感器电极不包括栅极，但可包括被一个或多个栅极包围的传感器电极。在一个实施例中，分组的栅极形成“条”并且分组的传感器电极形成与条正交的“带”。
在框455，处理系统驱动一组或多组的传感器电极以便确定有源输入装置沿着第二正交维度的位置坐标。尽管本实施例明确包括沿正交维度(例如，根据笛卡尔坐标系)布置的传感器电极，但可以预见的是，类似的技术可以应用于其它非正交的布置，诸如径向、球状、或不规则的传感器布置，以便支持有源和无源输入感测。
图4C示出了根据一个实施例的确定无源输入装置的位置的操作传感器电极的方法。通常，如上所述，方法460可作为方法400的框415的一部分来进行。
方法460开始于框465，其中处理系统用电容感测信号驱动不同的传感器电极来检测无源输入装置的存在。在一个实施例中，这可通过驱动一个或多个矩阵传感器电极(例如，不是栅极)来进行。
在框475，处理系统用防护信号驱动栅极来防护被电容感测信号驱动的不同传感器电极。在一个实施例中，受驱动的栅极至少部分地包围不同的传感器电极。在一些实施例中，框465和框475基本上在时间上重叠。
因此，呈现了文中所述的实施例和实例以便最佳地解释根据本技术方案及其特定应用的实施例，从而使得本领域技术人员可以实现并使用本技术方案。然而，本领域技术人员会认识到，以上的描述和实例仅仅为了例示和举例说明而呈现。所阐明的描述目的不是要穷尽或限制本公开于所披露的精确形式。
鉴于前述说明，通过以下权利要求确定本公开的范围。

Claims (20)

1.一种处理系统，包括：
显示模块，其构造为驱动显示信号到多个显示电极上以更新显示器；以及
传感器模块，其构造为与多个传感器电极通信，其中所述多个传感器电极包括所述多个显示电极中的至少之一，其中所述传感器模块构造为：
在第一操作模式下操作所述多个传感器电极的第一部分以接收来自有源输入装置的有源输入信号，并且
在第二操作模式下操作所述多个传感器电极的第二部分以接收与无源输入装置相对应的电容感测数据，其中所述第一部分和第二部分包括至少一个共同的传感器电极。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述多个传感器电极包括第一栅极，所述第一栅极设置在所述多个传感器电极的第一传感器电极与第二传感器电极之间，
其中操作所述多个传感器电极的所述第一部分以接收来自所述有源输入装置的所述有源输入信号包括驱动所述第一栅极以确定所述有源输入装置的存在，并且
其中操作所述多个传感器电极的所述第二部分以接收与所述无源输入装置相对应的电容感测数据包括驱动所述第一传感器电极和第二传感器电极中的至少之一以确定所述无源输入装置的位置，并且驱动所述第一栅极以防护所述第一传感器电极和第二传感器电极中的所述至少之一。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其中，所述多个传感器电极包括第二栅极，并且其中驱动所述第一栅极包括驱动所述第一栅极和第二栅极以形成多行并且驱动所述第一传感器电极和第二传感器电极以形成多列。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述传感器模块进一步构造为：在所述第二操作模式中，选择所述多个传感器电极的所述第二部分以具有第一空间间距，所述第一空间间距不同于操作为在所述第一模式期间接收所述有源输入信号的所述多个传感器电极的所述第一部分的第二空间间距。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其中，所述第一空间间距小于所述第二空间间距。
6.根据权利要求1所述的处理系统，其中，操作所述多个传感器电极的所述第二部分包括在所述多个传感器电极的所述第二部分上驱动电容感测信号。
7.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述显示模块进一步构造为使用所述多个传感器电极的每一个更新所述显示器。
8.一种输入装置，包括：
多个传感器电极，其中所述多个传感器电极中的至少之一可操作为更新显示图像并且进行输入感测；以及
处理系统，其与所述多个传感器电极耦接，其中所述处理系统构造为：
在第一操作模式下操作所述多个传感器电极的第一部分以接收来自有源输入装置的有源输入信号，并且
在第二操作模式下操作所述多个传感器电极的第二部分以接收与无源输入装置相对应的电容感测数据，其中所述第一部分和第二部分包括至少一个共同的传感器电极。
9.根据权利要求8所述的输入装置，其中，所述多个传感器电极包括在矩阵布置中设置的多个矩阵电极。
10.根据权利要求8所述的输入装置，其中，所述多个传感器电极包括第一栅极，所述第一栅极设置在所述多个传感器电极的第一传感器电极与第二传感器电极之间，
其中操作所述多个传感器电极的所述第一部分以接收来自所述有源输入装置的所述有源输入信号包括驱动所述第一栅极以确定所述有源输入装置的存在，并且
其中操作所述多个传感器电极的所述第二部分以接收与所述无源输入装置相对应的电容感测数据包括驱动所述第一传感器电极和第二传感器电极中的至少之一以确定所述无源输入装置的位置，并且驱动所述第一栅极以防护所述第一传感器电极和第二传感器电极中的所述至少之一。
11.根据权利要求10所述的输入装置，其中，所述多个传感器电极包括第二栅极，并且其中驱动所述第一栅极包括驱动所述第一栅极和第二栅极以形成多行并且驱动所述多个传感器电极的第一多个传感器电极以形成多列。
12.根据权利要求8所述的输入装置，其中，所述处理系统进一步构造为选择所述多个传感器电极的所述第一部分以具有第一空间间距，并且进一步构造为选择所述多个传感器电极的所述第二部分以具有第二空间间距，其中所述第二空间间距小于所述第一空间间距。
13.根据权利要求8所述的输入装置，其中，在所述第二操作模式中操作所述多个传感器电极的所述第二部分包括在所述多个传感器电极的所述第二部分上驱动电容感测信号。
14.根据权利要求8所述的输入装置，其中，所述多个传感器电极包括至少一个共用的Vcom电极。
15.一种方法，包括：
在第一操作模式下，操作多个传感器电极的第一部分以接收来自有源输入装置的有源输入信号；
在第二操作模式下，操作所述多个传感器电极的第二部分以接收与无源输入装置相对应的电容感测数据，其中所述第一部分和第二部分包括至少一个共同的传感器电极；以及
在第三操作模式下，驱动多个显示电极以更新显示图像，其中所述多个传感器电极包括所述多个显示电极中的至少之一。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个传感器电极的至少某些设置在矩阵布置中。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个传感器电极包括第一栅极，所述第一栅极设置在所述多个传感器电极的第一传感器电极与第二传感器电极之间，并且其中操作所述多个传感器电极包括：
驱动所述第一栅极以确定所述有源输入装置的存在，以及
驱动所述第一传感器电极和第二传感器电极中的至少之一以确定所述无源输入装置的位置，并且驱动所述第一栅极以防护所述第一传感器电极和第二传感器电极中的所述至少之一。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述多个传感器电极包括第二栅极，并且其中驱动所述第一栅极包括驱动所述第一栅极和第二栅极以形成多行并且驱动所述第一传感器电极和第二传感器电极以形成多列。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述多个传感器电极的所述第一部分包括选择所述多个传感器电极的所述第一部分以具有第一空间间距，并且其中操作所述多个传感器电极的所述第二部分包括选择所述多个传感器电极的所述第二部分以具有第二空间间距，其中所述第二空间间距小于所述第一空间间距。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述多个传感器电极的所述第二部分包括在所述多个传感器电极的所述第二部分上驱动电容感测信号。
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