CN105186703A - 减小感应能量传递系统对触摸感测设备的影响 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减小感应能量传递系统对触摸感测设备的影响。提供了用于感应能量传递系统的发射设备，可包括数模转换器、第一电容器和第二电容器，数模转换器可操作地连到发射线圈，第一电容器连在发射线圈和数模转换器的一个输出端子之间，第二电容器连在发射线圈和数模转换器的另一个输出端子间。一个或多个电容屏蔽可定位在发射线圈和发射设备的接口表面间。接收设备可包括触摸感测设备、模数转换器、第一电容器和第二电容器，模数转换器可操作地连到接收线圈，第一电容器连在接收线圈和模数转换器的一个输出端子之间，第二电容器连在接收线圈和模数转换器的另一个输出端子之间。一个或多个电容屏蔽可定位在接收线圈和接收设备的接口表面之间。

Description

减小感应能量传递系统对触摸感测设备的影响

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年5月30日提交的、标题为“ReducingtheImpactofanInductiveEnergyTransferSystemonaTouchSensingDevice”的美国临时专利申请No.62/005,822和2014年9月2日提交的、标题为“ReducingtheImpactofanInductiveEnergyTransferSystemonaTouchSensingDevice”的美国临时专利申请No.62/044,991的权益，这些申请的全部内容通过引用并入本文，好像在本文中充分公开一样。

技术领域

本发明总地涉及电子设备中的感应能量传递系统，更具体地讲，涉及用于减小感应能量传递系统对电子设备中的触摸感测设备的影响的技术。

背景技术

许多电子设备包括需要外部电源经常再充电的一个或多个可再充电电池。通常，这些设备可以使用类似的电源线或连接器，例如，通用串行总线(“USB”)连接器来充电。然而，尽管具有公用的连接类型，但是设备通常需要单独的具有不同电源输出的电源供应器。这些多个电源供应器的使用、存储和从一个地方运输到另一个地方可能是有负担的。结果，设备便携性的益处可能大大地受到限制。

此外，充电线在某些情况下使用可能是不安全的。例如，车辆的驾驶员尝试将电子设备插入到车载充电器中可能变得注意力不集中。在另一个例子中，充电线如果无人照管，则可能存在跳闸危险。

为了考虑到便携式电子设备的这些缺点和其他缺点，一些设备包括感应能量传递设备。用户可以仅仅将电子设备放置在充电设备的感应充电表面上，以便将能量从充电设备传递到电子设备。充电设备通过充电设备中的发射线圈和电子设备中的接收线圈之间的感应耦合将能量传递到电子设备。在一些情况下，感应能量传递设备可能不利地影响包括触摸感测设备和感应能量传递设备两者的电子设备中的触摸感测设备的操作。

图1例示了感应能量传递系统中的现有技术的发射设备和接收设备的简化框图。充电设备102(“发射设备”)包括发射线圈104，发射线圈104与电子设备108(“接收设备”)中的接收线圈106感应耦合以将能量从发射设备传递到接收设备。在某些频率，当用户触摸触摸感测设备110的输入表面、同时发射设备将能量传递到接收设备(例如，以给电池112充电)时，发射设备102生成的噪声可能不利地影响接收设备108中的触摸感测设备110。该噪声可能覆盖通过触摸感测设备获得的测量，并且使得难以辨别触摸测量与噪声。该噪声可能降低或有效地破坏触摸感测设备的分辨率。

例如，在一些实施例中，触摸感测设备是通过电容测量的变化来检测触摸的电容型触摸感测设备。当用户触摸触摸设备的输入表面(例如，用手指114)时，在手指和地球地116之间存在寄生电容。寄生电容(用电容器122表示)还存在于交流-直流转换器118和地球地116之间。发射设备102中的直流-交流转换器120生成的共模噪声可以通过寄生电容CP耦合到接收设备。共模噪声生成噪声信号IN，噪声信号IN生成在电容器122两端变化的电压。手指114的触摸是相对于地球地116输入的，但是触摸感测设备110是相对于设备地来测量电容CSIG的。有效地，在电容器122两端变化的电压干扰电容触摸测量，并且使得难以辨别触摸测量与噪声。

发明内容

在一个方面，感应能量传递系统可以包括发射设备和接收设备。发射设备可以包括发射线圈和一个或多个电容屏蔽，所述发射线圈邻近发射设备的第一接口表面定位，所述一个或多个电容屏蔽定位在发射线圈和接收设备之间。接收设备可以包括接收线圈和一个或多个电容屏蔽，所述接收线圈邻近接收设备的第二接口表面定位，所述一个或多个电容屏蔽定位在接收线圈和发送设备之间。接收设备的第二接口表面可以被构造为与发射设备的第一接口表面配合。

在一些实施例中，电容屏蔽设置在接口表面的至少一个表面上。电容屏蔽可以由任何合适的材料制成。作为一个例子，电容屏蔽可以是导电涂料，诸如碳质涂料。在其他实施例中，电容屏蔽被构造为邻近接口表面定位的单独的组件。该单独的组件可以由例如顺磁性材料、接地压力敏感粘合剂(PSA)或接地柔性印刷电路(FPC)制成。

在另一个方面，发射设备可以包括直流-交流转换器、第一电容器和第二电容器，所述直流-交流转换器可操作地连接到发射线圈，第一电容器串联在发射线圈和直流-交流转换器的一个输出端子之间，第二电容器串联在发射线圈和直流-交流转换器的另一个输出端子之间。在一个实施例中，直流-交流转换器被构造为全桥电路，第一电容器和第二电容器基本上匹配。处理设备可以控制直流-交流转换器中的开关的断开和闭合。

在另一个方面，接收设备可以包括交流-直流转换器、第三电容器和第四电容器，所述交流-直流转换器可操作地连接到接收线圈，第三电容器串联在接收线圈和交流-直流转换器的一个输出端子之间，第四电容器串联在接收线圈和交流-直流转换器的另一个输出端子之间。接收设备还可以包括触摸感测设备。

匹配发射设备中的电容器的电容值、匹配接收设备中的电容器的电容值、使用全桥电路作为发射设备中的直流-交流转换器、将一个或多个电容屏蔽包括在发射设备中、和/或将一个或多个电容屏蔽包括在接收设备中可以减小或消除在能量传递期间从发射设备传递到接收设备的噪声量。减小传送到接收设备的噪声量减小当发射设备将能量感应地传递到接收设备时感应能量传递对触摸感测设备执行的触摸感测操作的影响。

当发射设备和接收设备中的电容器是匹配的电容器时，以及当全桥电路用作发射设备中的直流-交流转换器时，可以生成差分平衡信号。差分平衡信号减小或消除发射设备生成的共模噪声，这减小了感应能量传递对触摸感测设备的影响。

在另一个方面，接收设备可以包括处理设备，该处理设备适于基于当接收线圈感应地接收能量时触摸感测设备接收的噪声量来选择用于触摸感测设备的刺激频率。

在又一个实施例中，触摸感测设备可以基于感应能量传递系统在能量传递期间创建的噪声量来从两个或更多个预定刺激频率选择最佳的或期望的刺激频率。第一采样可以被触摸感测设备以第一刺激频率获取，第二采样可以被触摸感测设备以第二刺激频率获取。第一采样和第二采样可以与从感应能量传递系统接收的噪声进行比较。基于该比较，可以为触摸感测设备选择最佳的或期望的刺激频率。

附图说明

参照附图更好地理解本发明的实施例。附图的元件不一定是相对于彼此按比例绘制的。相同的标号在可能的情况下一直用于指定附图共有的相同特征。

图1例示感应能量传递系统的现有技术的发射设备和接收设备的简化框图；

图2和3是感应能量传递系统的一个例子的透视图；

图4描绘感应能量传递系统沿着图3中的线4-4截取的简化截面图；

图5例示图2-4中所示的感应能量传递系统200的一个例子的简化框图；

图6是适用于触摸感测设备中的示例差分积分器的简化示意图；

图7描绘图6中所示的差分积分器600的噪声增益对刺激频率的绘图；

图8是用于在触摸感测设备中选择刺激频率的方法的流程图；

图9例示图5中所示的感应能量传递系统200的例子的简化示意图；和

图10A描绘包括电容屏蔽的感应能量传递系统的简化示意图；

图10B是图10A的寄生电容的详细视图；

图11例示包括电容屏蔽的第一感应能量传递系统的简化截面图；

图12-14是适用于发射设备或接收设备中的电感线圈和电容屏蔽的平面图；

图15描绘包括电容屏蔽的第二感应能量传递系统的简化框图；和

图16-17是形成在接口表面的表面上的、适用于发射设备或接收设备中的电容屏蔽的平面图。

具体实施方式

本文中所描述的实施例可以减小感应能量传递对电子设备中的触摸感测设备的影响。在一个实施例中，发射设备和接收设备中的信号是差分平衡信号。差分平衡信号可以减小或消除发射设备生成的共模噪声，这继而可以减小感应能量传递对触摸感测设备的影响。

在一些实施例中，一个或多个电容屏蔽可以包括在发射设备和/或接收设备中以进一步减小或消除在感应能量传递期间从发射设备传递到接收设备的噪声，这继而可以进一步减小感应能量传递对触摸感测设备的影响。

电容屏蔽可以定位在电子设备的接口表面和电感线圈之间(例如，发射线圈和发射接口表面之间)。在一些实施例中，电容屏蔽设置在接口表面的至少一个表面上。电容屏蔽可以由任何合适的材料制成。作为一个例子，电容屏蔽可以是导电涂料，诸如碳质涂料。在其他实施例中，电容屏蔽被构造为邻近接口表面定位的单独的组件。该单独的组件可以由例如顺磁性材料、接地压力敏感粘合剂(PSA)或接地柔性印刷电路(FPC)制成。

在其他实施例中，第一电容屏蔽形成在接口表面的至少一个表面上，第二电容屏蔽是定位在电感线圈和接口表面之间的单独的组件。第一电容屏蔽和第二电容屏蔽可以由任何合适的材料制成。作为一个例子，第一电容屏蔽可以是导电涂料(例如，碳质涂料)，第二电容屏蔽可以由顺磁性材料、接地PSA或接地FPC制成。

现在参照图2，示出了未配对构造的感应能量传递系统的一个例子的透视图。所示的实施例示出了被构造为无线地将能量传递到接收设备204的发射设备202。接收设备204可以是包括一个或多个感应器的任何电子设备，诸如便携式电子设备或可佩戴通信设备。

诸如图2中所描绘的可佩戴通信设备可以被构造为提供例如来自其他设备的无线电子通信、和/或健康相关信息或数据，诸如，但不限于，心率数据、血压数据、温度数据、氧含量数据、饮食/营养信息、医疗提醒、健康相关提示或信息、或其他的健康相关数据。可佩戴通信设备可以包括连接以使得将可佩戴通信设备固定到用户的条带或环带。例如，智能手表可以包括固定到用户的手腕的环带或条带。在另一个例子中，可佩戴通信设备可以包括围绕用户的胸部连接的条带，或者，可佩戴通信设备可以适于与系索或项链一起使用。在更进一步的例子中，可佩戴通信设备可以固定到用户的身体的另一个部分或者固定在用户的身体的另一个部分内。在这些实施例和其他实施例中，条带、环带、系索或其他固定机构可以包括与通信设备进行无线或有线通信的一个或多个电子组件或传感器。例如，固定到智能手表的环带可以包括一个或多个传感器、辅助电池、照相机或任何其他合适的电子组件。

在许多例子中，可佩戴通信设备，诸如图2中所描绘的可佩戴通信设备，可以包括与存储器耦合或通信的处理器、一个或多个通信接口、输出设备(诸如显示器和扬声器)、一个或多个传感器(诸如生物计量和成像传感器)、以及输入装置(诸如一个或多个按钮、一个或多个转盘、麦克风和/或触摸感测设备)。通信接口(一个或多个)可以提供通信设备和任何外部的通信网络、设备或平台之间的电子通信，所述外部的通信网络、设备或平台诸如是，但不限于，无线接口、蓝牙接口、近场通信接口、红外接口、USB接口、Wi-Fi接口、TCP/IP接口、网络通信接口、或任何常规的通信接口。除了通信信息之外，可佩戴通信设备还可以提供关于时间、健康、状态或外部连接的或通信设备和/或在这样的设备上执行的软件、消息、视频、操作命令等的信息(并且可以从外部设备接收前述任何一个)。

尽管图2和3中所示的系统200描绘了腕表或智能手表，但是任何电子设备可以适合从发射设备感应地接收能量。例如，合适的电子设备可以是可以感应地接收能量的任何便携式或半便携式电子设备(“接收设备”)，并且合适的坞设备可以是可以感应地发射能量的任何便携式或半便携式坞站或充电设备(“发射设备”)。

发射设备202和接收设备204均分别可以包括在其中封装电子、机械和结构组件的壳体206、208。在许多例子中，如所描绘的，接收设备204可以具有比发射设备202的横截面大的横截面，但是这样的构造不是必需的。在其他例子中，发射设备202可以具有比接收设备204的横截面大的横截面。在更进一步的例子中，截面可以基本上是相同的。在其他实施例中，发射设备可以适于插入到接收设备中的充电端口中。

在所示的实施例中，发射设备202可以通过线或连接器210连接到电源。例如，发射设备202可以从壁式插座接收电源，或者通过连接器(诸如USB连接器)从另一个电子设备接收电源。另外地或者可替代地，发射设备202可以是电池操作的。类似地，尽管所示的实施例被示为连接器210耦合到发射设备202的壳体，但是连接器210可以通过任何合适的手段连接。例如，连接器210可以是可移除的，并且可以包括大小刚好配装在发射设备202的壳体106内开口的孔径或插座内的连接器。

接收设备204可以包括第一接口表面212，第一接口表面212可以与发射设备202的第二接口表面214接口连接、对齐或者以其他方式接触。以这种方式，接收设备204和发射设备202可以相对于彼此定位。在某些实施例中，发射设备202的第二接口表面214可以构造成与接收设备204的互补形状配合的特定形状(参见图3)。所示的第二接口表面214可以包括遵循选定曲线的凹形形状。接收设备204的第一接口表面212可以包括遵循与第二接口表面214相同或基本上类似的曲线的凸形形状。

在其他实施例中，第一接口表面212和第二接口表面214可以具有任何给定的形状和尺寸。例如，第一接口表面212和第二接口表面214可以基本上是平面的。另外地或者可替代地，发射设备202和接收设备204可以使用一个或多个对齐机构来相对于彼此定位。作为一个例子，一个或多个磁性设备可以包括在发射设备和/或接收设备中，并且用于对齐发射设备和接收设备。在另一个例子中，发射设备和接收设备中的一个或多个执行器可以用于对齐发射设备和接收设备。在又一个例子中，对齐特征，诸如发射设备和接收设备中的接口表面和/或壳体中的突起和相应的凹陷，可以用于对齐发射设备和接收设备。接口表面的设计或构造、一个或多个对齐机构、以及一个或多个对齐特征可以单个地使用，或者按它们的各种组合使用。

图4例示了感应能量传递系统沿着图3中的线4-4截取的侧截面图。如前所述，发射设备202和接收设备204都可以包括电子、机械和/或结构组件。例如，接收设备204可以包括一个或多个处理设备、存储器、用于有线和/或无线通信的通信接口、以及显示器、一个或多个输入设备(诸如按钮、麦克风和/或扬声器)。为简单起见，图4所示的实施例省略了电子、机械和/或结构组件。

图4示出了配对且对齐构造的示例感应能量传递系统。接收设备204包括一个或多个具有一个或多个绕组的接收线圈。接收线圈400可以从发射设备202接收能量，并且可以使用接收的能量来与接收设备204的一个或多个功能进行通信、执行或协调接收设备204的一个或多个功能、和/或给接收设备204内的电池(未示出)补充充电。在所示的实施例中，接收线圈400包括布置成两层或两行的十六个绕组。在其他实施例中，接收线圈400可以具有布置成一层或多层的不同数量的绕组。

类似地，发射设备202包括一个或多个具有一个或多个绕组的发射线圈。发射线圈402可以将能量发送到接收设备204。在所示的实施例中，发射线圈402包括布置成三层的十二个绕组。在其他实施例中，发射线圈402可以具有布置成一层或多层的不同数量的绕组。

发射设备202还可以包括处理设备404。处理设备404可以控制发射设备204中的一个或多个操作。例如，处理设备404可以控制直流-交流转换器(未示出)的开关频率和/或施加于发射线圈402的功率量。

发射线圈和接收线圈可以用任何合适类型的感应器来实现。每个线圈可以具有任何期望的形状和尺寸。发射线圈和接收线圈可以具有相同数量的绕组或不同数量的绕组。通常，发射线圈和接收线圈用外罩包围以将磁通量引到期望的方向上(例如，朝向另一个线圈)。为简单起见，图4中省略了外罩。

接收设备204还包括处理设备406和触摸感测设备408。处理设备406可以控制接收设备204中的一个或多个操作。在一个实施例中，触摸感测设备408可以操作地连接到显示器410以检测施加于显示器的表面的触摸和/或力。另外地或者可替代地，触摸感测设备408可以操作地连接到另一个输入设备(诸如按钮)和/或接收设备的壳体的一部分。

处理设备404、406均可以实现为任何能够处理、接收或发送数据或指令的电子设备。例如，处理设备可以是微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、或多个这样的设备的组合。如本文中所描述的，术语“处理设备”意在于包含单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元、或其他适当构造的一个计算元件或多个计算元件。

现在参照图5，示出了图2-4中所示的感应能量传递系统200的一个例子的简化框图。发射设备202包括可操作地连接到直流-交流转换器502的电源供应器500。可以使用任何合适类型的直流-交流转换器。例如，在所示的实施例中，直流-交流转换器被构造为桥电路。直流-交流转换器502操作地连接到发射线圈504。第一电容器CP1串联在桥电路502的一个输出端子506和发射线圈504之间，第二电容器CP2串联在桥电路502的另一个输出端子508和发射线圈504之间。

接收设备204可以包括操作地连接到交流-直流转换器512的接收线圈510。可以使用任何合适类型的交流-直流转换器。例如，在一个实施例中，交流-直流转换器可以被构造为二极管桥。寄生电容存在于交流-直流转换器512和地球地514之间、以及触摸触摸感测设备516的手指和地球地514之间(用电容器526表示)。电容器CSIG表示在手指和触摸感测设备516之间将测量的电容。

第三电容器CS1串联在交流-直流转换器512的一个输出端子(未示出)和接收线圈510之间，第二电容器CS2串联在交流-直流转换器的另一个输出端子(未示出)和接收线圈之间。负载518可操作地连接到交流-直流转换器516的输出。在一个实施例中，负载518是可再充电电池。在其他实施例中，可以包括不同类型的负载。

发射线圈504和接收线圈510一起形成变压器520。变压器520通过发射线圈504和接收线圈510之间的感应耦合传递功率或能量(箭头522所表示的能量传递)。本质上，通过发射线圈504中的在接收线圈510中感应电流的AC信号创建变化的磁通量，将能量从发射线圈504传递到接收线圈510。在接收线圈510中感应的AC信号被交流-直流转换器512接收，交流-直流转换器512将AC信号转换为DC信号。在负载518是可再充电电池的实施例中，DC信号用于给电池充电。另外地或者可替代地，传递的能量可以用于与接收设备来回发送通信信号(箭头524所表示的通信信号)。

直流-交流转换器502中的开关断开和闭合的频率或速率生成施加于发射线圈的AC信号的给定频率。在直流-交流转换器502中相反地断开和闭合开关可以使发射线圈504差分地操作，因为如从发射线圈504到地球地所测量的，共模噪声被减小或消除。换句话说，在发射线圈的中心测量的电压应为零或接近零。当开关1和4闭合，开关2和3断开，接着开关1和4断开，开关2和3闭合时，这些开关被相反地启用和停用。处理设备，诸如图4中的处理设备404，可以适于控制开关的断开和闭合。

另外，发射设备202中的第一电容器CP1和第二电容器CP2平衡发射设备，接收设备204中的第三电容器CS1和第四电容器CS2平衡接收设备。第一电容器CP1和第二电容器CP2可以是匹配的电容器。类似地，第三电容器CS1和第四电容器CS2可以是匹配的电容器。通过匹配的电容器，发射设备和接收设备中的信号是差分匹配信号。差分平衡信号减小或消除共模噪声，这减小了感应能量传递对触摸感测设备516的影响。作为一个例子，与一些现有技术的5至10伏的噪声水平相比，噪声可以降至数百毫伏。

共模噪声可以被定义为设备底盘(chassis)或地和地球地之间的电压差。设备底盘或地参考电容触摸感测设备516，而地球地参考触摸触摸感测设备516的手指(因此，将被测量的电容CSIG)。在图5中所示的差分实施例中，全桥502的两侧在设备地和地球地之间创建相反的电压。在图5中用位移电流流动的方向描绘相反的电压(参见箭头路径528、530)。

在一些实施例中，当在感应能量传递系统中共模噪声减小时，可以选择触摸感测设备的刺激频率。刺激频率FSTIM是触摸感测设备被充电和放电的频率或速率。图6是适用于触摸感测设备中的实例差分积分器的简化示意图。差分积分器600的输入可操作地连接到开关设备602。开关设备包括四个开关S1、S2、S3和S4。电容器CSIG可操作地连接到开关设备。CSIG表示触摸感测设备测量的电容或信号。

当差分积分器600将被重置时，开关S5和S6闭合。在一些实施例中，差分积分器600可以在每个测量之间被重置。在其他实施例中，在差分积分器600被重置之前获取多个测量。当在差分积分器600被重置之前获取多个测量时，将这些测量一起相加。

当CSIG被采样时，开关设备602中的四个开关中仅一个开关闭合。这四个开关可以按开关编号的次序顺序地闭合。因此，开关S1闭合，并且CSIG被第一次采样(所有其他的开关都断开)。接着，开关S1、S3、S4断开，开关S2闭合，并且CSIG被第二次采样。开关S1、S2、S4然后断开，开关S3闭合，并且CSIG被第三次采样。接着，开关S1、S2、S3断开，开关S4闭合，并且CSIG被第四次采样。

在一个实施例中，差分积分器对于CSIG的每个采样被充电和放电两次。图7描绘了图6中所示的差分积分器600的噪声增益对刺激频率的绘图。绘图700是在对CSIG进行单次采样之后差分积分器600被重置时(即，单个积分时间段)生成的。绘图702是在差分积分器被重置之前多个积分周期发生时产生的。绘图700、702中的区域704表示差分积分器的充电，区域706表示差分积分器的放电。因此，噪声增益中的峰值可以在发生于FSTIM/2处或者其附近。

绘图708表示图5中的寄生电容(用电容器526表示)两端的噪声生成的电压信号。绘图708发生的频率是发射设备202中的直流-交流转换器502的开关频率(参见图5)。基于已知的开关频率，刺激频率FSTIM可以被选为最小化感应能量传递对触摸感测设备的影响。基于直流-交流转换器502的开关频率，刺激频率FSTIM可以被选为使得触摸感测设备的采样在响应中创建空值。触摸感测设备的噪声增益的幅度应低得足以使得感应能量的传递不会显著地降低触摸感测设备的分辨率。在所示的实施例中，感应能量传递的频率为频率FIET，可以在FSTIM/2和FSTIM之间出现的频率。在一些实施例中，可以存在提供足够的衰减以生成期望精度水平的触摸测量的频率范围。

现在参照图8，示出了用于在触摸感测设备中选择刺激频率的方法的流程图。在一些实施例中，触摸感测设备的响应中的空值的带宽可以大得足以允许触摸感测设备有两个或更多个刺激频率。触摸感测设备可以基于感应能量传递系统创建的噪声量来选择最佳刺激频率。所示的方法结合两个刺激频率进行描述。其他实施例可以使用多于两个的刺激频率。

一开始，触摸感测设备可以以第一FSTIM1获取第一采样(方框800)。触摸感测设备可以以第二FSTIM2获取第二采样(方框802)。第二FSTIM2是不同于第一FSTIM1的频率。接着，如方框804中所示，可以将第一采样和第二采样与从感应能量传递系统接收的噪声进行比较。基于该比较，对于触摸感测设备选择最佳的或期望的刺激频率(方框806)。处理设备，诸如图4中的处理设备406，可以适于执行图8的方法。该方法可以在能量传递过程一开始执行。另外地或者可替代地，该方法可以周期性地或者在接收设备感应地接收能量时的选定时间(即，在能量传递过程期间)执行。

再次参照图5，在一些情况下，发射线圈和接收线圈之间的寄生电容可以被建模为两个电容器CP1和CP2(参见图9)，这两个电容器中的一个的值大于另一个电容器的值(例如，CP1>CP2)。在这些情况下，发射设备202中生成的噪声可以通过寄生电容CP1和CP2耦合到接收设备204。为了减小通过寄生电容传递到接收设备的噪声量，一个或多个电容屏蔽可以包括在发射设备和/或接收设备中。

图10A描绘了包括电容屏蔽的感应能量传递系统的简化示意图。发射设备1002中的第一电容屏蔽1000可以定位在发射线圈504和接收设备1004之间。第一电容屏蔽1000电连接到地1008。接收设备1004中的第二电容屏蔽1010可以定位在接收线圈510和发射设备1002之间。第二电容屏蔽1010电连接到地1014。

第一电容屏蔽和第二电容屏蔽被构造为减小或阻挡在发射设备和接收设备之间传送的电场。第一电容屏蔽和第二电容屏蔽不减小或阻挡从发射线圈504传送到接收线圈510的变化的磁场。如前所述，任何合适的一种材料或多种材料可以用于形成电容屏蔽。作为一个例子，电容屏蔽可以由碳基材料制成。作为其他例子，电容屏蔽可以由铝或顺磁性材料制成。

电容屏蔽1000、1010可以创建可以被控制来提高屏蔽的有效性的寄生电容。图10B是图10A中的寄生电容的详细视图。第一电容屏蔽1000和第二电容屏蔽1010都具有薄层电阻(分别是Rs_tx和Rs_rx)。在一些实施例中，薄层电阻Rs_tx和Rs_rx可以由方程决定，其中，f是频率，Cs是两个电容屏蔽之间的电容，Cp_tx是从发射线圈504的正极端子耦合到第一电容屏蔽1000的电容，Cn_tx是从发射线圈504的负极端子耦合到第一电容屏蔽1000的电容，Cp_rx是从接收线圈510的正极端子耦合到第二电容屏蔽1010的电容，Cn_rx是从接收线圈510的负极端子耦合到第二电容屏蔽1010的电容，Rx_tx是第一电容屏蔽1000到地的总薄层电阻，Rx_rx是第二电容屏蔽1010到地的总薄层电阻。在一些实施例中，线圈间耦合(CP1,CP2)应小于设备到地球地的电容。例如，线圈间耦合可以是设备到地球地的电容的1/100。其他实施例可以对于线圈间耦合(CP1,CP2)使用其他的差值幅度。

现在参照图11，示出了包括电容屏蔽的感应能量传递系统的简化截面图。发射设备1100包括发射线圈1102和电容屏蔽1104，电容屏蔽1104定位在发射线圈1102和接收设备1106之间。在一个示例实施例中，电容屏蔽1104可以是包括在发射设备1100中的组件。在另一个示例实施例中，电容屏蔽1104可以是设置在或者形成在发射设备1100的接口表面1108的至少一个表面(内表面和/或外表面)上方的材料。

接收设备1106包括接收线圈1110和电容屏蔽1112，电容屏蔽1112定位在接收线圈1110和发射设备1100之间。类似于第一电容屏蔽1104，第二电容屏蔽1112可以是包括在接收设备1106中的组件。在另一个示例实施例中，电容屏蔽1112可以是设置在或者形成在接收设备1106的接口表面1114的至少一个表面上方的材料。

电容屏蔽可以是形成在接口表面的至少一个表面(外表面和/或内表面)上或上方的导电涂料，诸如碳质涂料。在其他实施例中，电容屏蔽被构造为邻近接口表面定位的单独的组件。该单独的组件可以由例如顺磁性材料、接地PSA或接地FPC制成。

本领域的技术人员将认识到，电容屏蔽可以具有任何给定的形状和尺寸。例如，在一些实施例中，电容屏蔽可以横跨发射设备和/或接收设备的接口表面延伸。在所示的实施例中，发射设备1100的区域1116中的虚线描绘使第一电容屏蔽横跨接口表面1108延伸的选项。

图12是适用于发射设备或接收设备中的电感线圈和第一电容屏蔽的平面图。电容屏蔽1200被示为定位在电感线圈1202的上方。在所示的实施例中，电容屏蔽1200具有基本上与电感线圈1202的形状和大小匹配的形状和大小。

在一些实施例中，电容屏蔽1200可以被构造为邻近发射设备或接收设备的接口表面(例如，图2中的表面212或214)的单独的组件。作为一个例子，电容屏蔽可以形成为与电感线圈的形状相应的不同的电容屏蔽。电容屏蔽可以定位在电感线圈和接口表面的内表面之间。另外地或者可替代地，电容屏蔽可以定位在接口表面的外表面上方，以使得接口表面在电感线圈和电容屏蔽之间。

用于感应地传递能量的变化的磁场可以在电容屏蔽1200中感应电流。这些电流被称为涡电流。流过电容屏蔽的涡电流使一些能量作为热量消散，这导致能量损失。为了减小这些能量损失，电容屏蔽1200可以将一个或多个间隙或间断1204包括在电容屏蔽中。间隙(一个或多个)防止涡电流围绕电容屏蔽流动。另外地或者可替代地，在一些实施例中，电容屏蔽1200可以包括沿着电容屏蔽的至少一个边缘形成的一个或多个切口1206。切口可以减小由涡电流引起的损失。

间隙(一个或多个)和/或切口(一个或多个)可以具有任何特定的形状和尺寸。另外，间隙(一个或多个)和/或切口(一个或多个)可以定位在电容屏蔽中的任何合适的位置处。

现在参照图13，示出了适用于发射设备或接收设备中的电感线圈和第二电容屏蔽的平面图。电容屏蔽1300被示为定位在电感线圈1302的上方。电容屏蔽1300包括一个或多个间隙1304以减小由涡电流引起的损失。尽管在图13中未示出，但是除了间隙(一个或多个)1304之外，或者替代间隙(一个或多个)1304，电容屏蔽1300可以包括一个或多个切口。

类似于图12中所示的实施例，电容屏蔽1300被构造为邻近发射设备或接收设备的接口表面的内表面和/或外表面定位的不同的组件。在所示的实施例中，电容屏蔽1300形成为与电感线圈1302的形状相应的形状，但是尺寸与电感线圈相比较小。尽管被示为相对于电感线圈居中，但是电容屏蔽1300可以具有相对于电感线圈的任何合适的对齐方式。

在另一个实施例中，电容屏蔽1300可以形成为与电感线圈1302的形状相应的形状，并且大小与电感线圈相比较大(参照图14)。而且，如前所述，电容屏蔽的形状可以具有任何给定的设计和尺寸。作为一个例子，电容屏蔽可以是邻近圆形电感线圈定位的矩形形状。

现在参照图15，示出了包括电容屏蔽的第二感应能量传递系统的简化截面图。发射设备1500包括发射线圈1102和第一电容屏蔽1502，第一电容屏蔽1502定位在发射线圈1102和接收设备1504之间。在一个示例实施例中，第一电容屏蔽1502可以是设置在发射设备1500的接口表面1108的至少一个表面(内表面和/或外表面)上或形成其上方的材料。例如，第一电容屏蔽可以是导电涂料，诸如碳质涂料。

发射设备1500可以包括定位在第一电容屏蔽1502和发射线圈1102之间的第二电容屏蔽1506。第二电容屏蔽可以由任何合适的材料制成。作为一个例子，第二电容屏蔽可以是接地PSA，诸如铝化聚酯、碳质网格布(carbonscrim)、铜箔PSA、图案银墨迹线、或石墨PSA。作为另一个例子，第二电容屏蔽可以是接地FPC，诸如图案化铜FPC、氧化铟锡FPC、或图案化碳/银FPC。第二电容屏蔽1506可以电连接到电路元件1508上的地。该电路元件可以例如是另一个FPC或印刷电路板。电路元件1508可以附连到支承结构1510。

接收设备1504包括接收线圈1110和第一电容屏蔽1512，第一电容屏蔽1512定位在接收线圈1110和发射设备1500之间。类似于发射设备1500中的电容屏蔽1502，这个第一电容屏蔽1512可以是设置在接收设备1504的接口表面1114的至少一个表面(内表面和/或外表面)上或者形成在其上方的材料。例如，第一电容屏蔽1512可以是导电涂料，诸如碳质涂料。

接收设备1504可以包括定位在第一电容屏蔽1512和接收线圈1110之间的第二电容屏蔽1514。第二电容屏蔽可以由任何合适的材料制成。像发射设备中的第二电容屏蔽1506那样，第二电容屏蔽1514可以是接地PSA或接地FPC。第二电容屏蔽1514可以电连接到电路元件1516上的地。该电路元件可以例如是另一个FPC或印刷电路板。电路元件1516可以附连到支承结构1518。

尽管在图11和15中未示出，但是本领域的技术人员将认识到，额外的层或元件可以包括在发射设备和/或接收设备中。作为一个例子，发射线圈和/或接收线圈可以被外罩包围以将磁通量引到期望的方向上(例如，朝向另一个线圈)。另外地或者可替代地，电组件可以定位在发射设备和/或接收设备中的接口表面和第二电容屏蔽之间。例如，可以形成穿过接收设备中的接口表面的一个或多个开口，以使得生物计量传感器(诸如PPG传感器)可以感测或捕捉生物计量数据。另外地或者可替代地，额外的电组件可以连接到电路元件1508和/或1516。

图16-17是适用于发射设备或接收设备中的形成在接口表面的表面上的电容屏蔽的平面图。电容屏蔽1600的材料可以设置在接口表面1602的内表面上方，以使得电容屏蔽1600在电感线圈和接口表面之间。另外地或者可替代地，电容屏蔽1600可以形成在接口表面1602的外表面上方。作为一个例子，导电涂料，诸如碳质涂料，可以形成在发射设备和/或接收设备的接口表面的内表面和/或外表面上方。

所示的电容屏蔽1600具有与电感线圈相应的形状和大小。然而，其他实施例可以构造任何给定形状或大小的电容屏蔽。例如，图17中所示的电容屏蔽1700可以具有与电感线圈相应的形状，但是电容屏蔽的大小可以大于电感线圈。可选地，接口表面1602的表面1704的区域1702可以不被电容屏蔽1700覆盖，或者电容屏蔽可以覆盖表面1704的整个区域。

尽管在图16和17中未示出，但是电容屏蔽可以包括一个或多个间隙和/或切口以减小涡电流。间隙(一个或多个)和/或切口(一个或多个)可以具有任何给定的形状和尺寸。另外，间隙(一个或多个)和/或切口(一个或多个)可以定位在电容屏蔽中的任何合适的位置处。

如本文中所描述的，发射设备和/或接收设备均可以包括一个或多个电容屏蔽。电容屏蔽可以是定位在电感线圈和设备的接口表面之间的单独的组件。另外地或者可替代地，电容屏蔽可以形成在接口表面的至少一个表面上。电容屏蔽可以形成在接口表面的内表面、外表面、或者内表面和外表面两个表面上。一个电容屏蔽或多个电容屏蔽可以具有任何给定的形状、设计和大小。

在一些实施例中，由于空间有限，机械约束可能不允许接收线圈和/或发射线圈上的完全线圈覆盖。在这样的情况下，可以在一个设备(例如，发射设备)上利用较大的屏蔽，而在另一个设备(例如，接收设备)上利用较小的屏蔽。较小的屏蔽的几何结构可以被选为最小化杂散场耦合。在其他实施例中，如果空间允许，电容屏蔽可以被制造为在发射设备和接收设备两者上都悬垂线圈，这将减小杂散场耦合，并且进一步减小噪声。

已经具体参照各种实施例的某些特征详细描述了这些实施例，但是将理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以实施变更和修改。尽管本文中描述了特定实施例，但是应指出，本申请不限于这些实施例。具体地讲，相对于一个实施例描述的任何特征在相容的情况下也可以用于其他实施例中。同样地，不同实施例的特征在相容的情况下可以交换。例如实施例可以包括本文中所描述的所有组件。可替代地，实施例可以包括这些组件中的一些。作为一个非限制性例子，发射设备可以相反地断开和闭合直流-交流转换器中的开关，并且包括电容屏蔽，但不包括用于电容器CP1和CP2的匹配的电容值。另外，发射设备中所包括的组件可以不同于接收设备中所包括的组件。作为一个非限制性例子，发射设备可以相反地断开和闭合直流-交流转换器中的开关，用于电容器CP1和CP2的匹配的电容值，以及电容屏蔽。接收设备可以包括电容屏蔽，但不包括用于电容器CS1和CS2的匹配的电容值。

Claims (21)

1.一种用于感应能量传递系统的发射设备，所述发射设备包括：

直流-交流转换器，所述直流-交流转换器可操作地连接到发射线圈，其中，所述直流-交流转换器包括全桥电路；

第一电容器，所述第一电容器串联连接在所述发射线圈和所述直流-交流转换器的一个输出端子之间；和

第二电容器，所述第二电容器串联连接在所述发射线圈和所述直流-交流转换器的另一个输出端子之间，其中，所述第一电容器和第二电容器基本上匹配，并且其中，所述发射设备生成的并且被所述发射线圈感应地传递的噪声量被减小。

2.根据权利要求1所述的发射设备，还包括处理设备，所述处理设备可操作地连接到所述直流-交流转换器以控制所述直流-交流转换器的开关频率。

3.根据权利要求1所述的发射设备，还包括邻近所述发射线圈定位的第一电容屏蔽。

4.根据权利要求3所述的发射设备，其中，所述第一电容屏蔽包括定位在所述发射线圈和所述发射设备的接口表面之间的不同的电容屏蔽。

5.根据权利要求4所述的发射设备，其中，所述第一电容屏蔽由顺磁性材料、接地压力敏感粘合剂和接地柔性印刷电路之一制成。

6.根据权利要求3所述的发射设备，其中，所述第一电容屏蔽形成在所述发射设备的接口表面的表面上。

7.根据权利要求6所述的发射设备，其中，所述第一电容屏蔽包括导电涂料。

8.一种用于感应能量传递系统的发射设备，所述发射设备包括：

发射线圈；和

电容屏蔽，所述电容屏蔽邻近所述发射设备的接口表面定位以减小所述发射线圈感应地传递的噪声量。

9.一种用于感应能量传递系统的接收设备，所述接收设备包括：

触摸感测设备；

接收线圈；

第一电容器，所述第一电容器串联连接在所述接收线圈和交流-直流转换器的一个输出端子之间；

第二电容器，所述第二电容器串联连接在所述接收线圈和交流-直流转换器的另一个输出端子之间，其中，所述第一电容器和第二电容器基本匹配，以减小当所述接收线圈感应地接收能量时所述触摸感测设备接收的噪声量。

10.根据权利要求9所述的接收设备，还包括邻近所述接收线圈定位的第一电容屏蔽，其中，所述电容屏蔽减小感应地传递到所述接收线圈的噪声量以减小所述触摸感测设备接收的噪声量。

11.根据权利要求10所述的接收设备，其中，所述第一电容屏蔽包括定位在所述发射线圈和所述发射设备的接口表面之间的不同的电容屏蔽。

12.根据权利要求11所述的接收设备，其中，所述第一电容屏蔽由顺磁性材料、接地压力敏感粘合剂和接地柔性印刷电路之一制成。

13.根据权利要求10所述的接收设备，其中，所述第一电容屏蔽形成在所述发射设备的接口表面的表面上。

14.根据权利要求13所述的接收设备，其中，所述第一电容屏蔽包括导电涂料。

15.根据权利要求9所述的接收设备，其中，所述触摸感测设备包括电容触摸感测设备。

16.根据权利要求9所述的接收设备，其中，所述触摸感测设备包括差分积分器。

17.根据权利要求16所述的接收设备，其中，所述接收设备还包括处理设备，所述处理设备适于基于传递到所述接收设备的噪声量来选择用于所述触摸感测设备的刺激频率。

18.一种用于感应能量传递系统的接收设备，所述接收设备包括：

接收线圈；和

电容屏蔽，所述电容屏蔽邻近所述接收设备的接口表面定位以减小所述接收线圈感应地接收的噪声量，以减小触摸感测设备接收的噪声量。

19.一种感应能量传递系统，包括：

发射设备，包括:

发射线圈；和

第一电容屏蔽；和

接收设备，包括：

触摸感测设备；

接收线圈；和

第二电容屏蔽，其中，所述第一电容屏蔽定位在所述发射线圈和所述接收设备之间，所述第二电容屏蔽定位在所述接收线圈和所述发射设备之间，并且其中，所述发射设备生成的并且被所述发射线圈感应地传递到所述接收线圈的噪声量被减小，以减小所述触摸感测设备接收的噪声量。

20.根据权利要求19所述的感应能量传递系统，其中，所述触摸感测设备包括差分积分器。

21.根据权利要求20所述的感应能量传递系统，其中，所述接收设备还包括处理设备，所述处理设备适于基于传递到所述接收设备的噪声量来选择用于所述触摸感测设备的刺激频率。