CN105320383A - 基于触摸性能调整触摸感测激励电压电平 - Google Patents

基于触摸性能调整触摸感测激励电压电平 Download PDF

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Abstract

本申请涉及基于触摸性能调整触摸感测激励电压电平。公开了电容式触摸传感器面板和/或触控笔中激励信号振幅的调整，以减少功耗同时保持令人满意的触摸性能，尤其在噪声水平并不显著且存在过度SNR容限的情况下。为了实现这一点，可以测量、计算或以其他方式确定一个或多个度量以用作触摸性能的预测变量，并且可以处理这些度量以确定维持可接受的触摸性能所需的最小激励电压。

Description

基于触摸性能调整触摸感测激励电压电平
技术领域
本申请一般涉及触摸传感器面板和触控笔感测，并且尤其涉及电容式触摸传感器面板和/或触控笔中激励信号振幅的调整，以减少功耗同时保持令人满意的触摸性能。
背景技术
许多类型的输入设备目前可用于在计算系统中执行操作，例如按钮或键、鼠标、追踪球、触摸传感器面板、控制杆、触摸屏等。触摸屏尤其正在变得日益流行，因为它们容易且多样的操作以及它们下滑的价格。触摸屏可以包括触摸传感器面板，其可以是具有触敏表面的透明面板。触摸传感器面板可以位于显示屏的前面，使得触敏表面覆盖显示屏的可视区域。仅举几个示例，通过经由手指或触控笔简单地触摸显示屏，触摸屏可以允许用户做出选择、移动光标、或者执行绘画操作。通常，触摸屏可以识别触摸以及触摸在显示屏上的位置，并且计算系统可以解释该触摸并基于触摸事件执行动作。
一个或多个激励信号可以应用到互电容式触摸传感器面板的驱动线路上，并且这些信号可以电容耦合到感测线路上。作为选择，激励信号可以应用到自电容式触摸传感器面板的感测电极。在任一情况下，出现在感测线路或感测电极上的感测信号的振幅可以受到物体触摸或靠近触摸传感器面板的影响。为了正确地检测物体的存在和位置，感测信号的振幅应当足够大，使得即使噪声存在，仍可以精确地检测并定位因物体而引起的感测信号的变化。换句话说，对于可接受的触摸性能，信噪比(SNR)应当维持在一定水平。为了实现这一点，传统的触摸感测系统以固定的激励信号电压操作，不依赖于电源要求并且也不管SNR容限。该固定的激励电压经常选择为即使在最坏的噪声情况下仍然保证正确的操作。但是，因为对最坏情况操作，在大多数不存在最坏情况噪声的环境下，可能存在过度的SNR和不必要的功耗。
发明内容
公开内容的示例针对电容式触摸传感器面板和/或触控笔中激励信号振幅的调整，以减少功耗同时保持令人满意的触摸性能，尤其在噪声水平并不显著且存在过度SNR容限的情况下。为了实现这一点，公开内容的示例计算一个或多个度量以用作触摸性能的预测变量(predictor)，并且处理这些度量以确定维持可接受触摸性能所需的最小激励电压。
附图说明
图1A-1D例示说明公开内容的一些示例可以在其中实现的终端用户设备。
图2例示说明根据公开内容的一些示例能够实现激励电压减小的示例性计算系统。
图3A例示说明根据公开内容的一些示例的示例性互电容式触摸传感器面板。
图3B例示说明根据公开内容的一些示例处于稳态(无触摸)条件下的示例性像素的侧视图。
图3C例示说明根据公开内容的一些示例处于动态(触摸)条件下的示例性像素的侧视图。
图4例示说明根据公开内容的一些示例与自电容式触摸像素电极以及感测电路相对应的示例性触摸传感器电路。
图5A例示说明根据公开内容的一些示例的示例性感测通道。
图5B例示说明根据公开内容的一些示例的示例性触摸传感器面板部分、在该面板部分中检测到的触摸面(touchpatch)、以及该触摸面的计算质心。
图6例示说明根据公开内容的一些示例的用于确定触摸系统经历的噪声水平以及确定最小可接受激励电压的示例性算法。
图7例示说明根据公开内容的一些示例的用于确定触摸系统经历的噪声水平和预估SNR以及确定最小可接受激励电压的示例性算法。
图8例示说明根据公开内容的一些示例的用于确定触摸系统经历的噪声水平和实际SNR以及确定最小可接受激励电压的示例性算法。
图9A例示说明根据公开内容的一些示例的用于模拟触摸质心抖动的示例性算法。
图9B例示说明根据公开内容的一些示例的示例性理想触摸轮廓。
图10A例示说明根据公开内容的一些示例的示例性通用闭环最小可接受激励电压确定系统。
图10B例示说明根据公开内容的一些示例的示例性简化闭环最小可接受激励电压确定系统。
图10C例示说明根据公开内容的一些示例的示例性简化开环最小可接受激励电压确定系统。
具体实施方式
在下面的示例描述中，参考形成本文一部分并且其中经由可以实践的例示说明具体示例来示出的附图。应当理解，可以使用其他示例并且可以进行结构变化而不背离公开示例的范围。
公开内容的示例针对电容式触摸传感器面板和/或触控笔中激励信号振幅的调整，以减少功耗同时保持令人满意的触摸性能，尤其在噪声水平并不显著且存在过度SNR容限的情况下。为了实现这一点，公开内容的示例计算一个或多个度量以用作触摸性能的预测变量，并且处理这些度量以确定维持可接受触摸性能所需的最小激励电压。
图1A-1D例示说明公开内容的一些示例可以在其中实现的终端用户设备。图1A例示说明根据公开内容的一些示例可以包括激励电压减小的触摸面板的示例性移动智能电话100。图1B例示说明根据公开内容的一些示例可以包括激励电压减小的触摸面板的示例性平板计算设备102。图1C例示说明根据公开内容的一些示例可以包括激励电压减小的触摸面板的示例性笔记本电脑计算设备104。图1D例示说明根据公开内容的一些示例可以包括激励电压减小的触摸面板的示例性可穿戴设备106。
图2例示说明根据公开内容的一些示例能够实现激励电压减小的示例性计算系统200。计算系统200可以包括在任何电子设备中，例如图1A-1D中例示说明的一个或多个示例性设备。触摸控制器206可以是单个专用集成电路(ASIC)，其可以包括一个或多个处理器子系统，例如处理器子系统202，其可以包括例如一个或多个主处理器，例如ARM968处理器或者具有类似功能和能力的其他处理器。但是，在其他示例中，一些处理器功能可以改为由专用逻辑来实现，例如状态机或多处理器。处理器子系统202也可以包括例如外围设备例如随机存取存储器(RAM)212或其他类型的存储器或存储设备、监视定时器(未示出)等。处理器子系统可以访问并实施用于执行这里所述功能的一个或多个软件和/或固件模块204。应当理解，虽然计算系统200例示说明根据公开内容的一些示例的互电容式触摸感测系统，但在其他示例中，也可以使用自电容式触摸感测系统。
触摸控制器206也可以包括例如接收部分207，用于接收来自触摸传感器面板224的感测线路的信号(例如触摸感测信号203)以及来自其他传感器(例如传感器211)的其他信号等。触摸控制器206也可以包括例如解调部分209、面板扫描逻辑210、以及包括例如发送部分214的驱动系统。接收部分207和发送部分214在这里可以称作收发器部分。面板扫描逻辑210可以访问RAM212，从感测通道自主地读取数据，并且为这些通道提供控制。另外，面板扫描逻辑210可以控制发送部分214从而以各种频率、相位和振幅产生激励信号216，其可以在互电容示例中选择性地应用到触摸传感器面板224的驱动线路。但是，应当理解，在自电容示例中，所有线路(例如行和列线路)或各个电极可以配置为感测电极，并且激励信号可以使用接收部分207中的感测放大器应用到所有感测电极。
电荷泵215可以用来为发送部分产生供给电压。激励信号216(Vstim)可以通过级联晶体管具有高于ASIC处理可以忍受的最大电压的振幅。因此，使用电荷泵215，激励电压可以高于(例如6V)单个晶体管可以操作的电压电平(例如3.6V)。虽然图2显示电荷泵215与发送部分214分开，但电荷泵可以是发送部分的一部分。在公开内容的一些示例中，电荷泵215可以控制供给电压以改变激励信号振幅。在一些示例中(图2中未示出)，激励信号216可以不由触摸控制器206产生，而是由活动触控笔产生。在这些示例中，来自活动触控笔的激励信号可以耦合到触摸传感器面板224的行和/或列上。
触摸传感器面板224可以包括电容感测介质，该电容感测介质在互电容示例中具有多个驱动线路和多个感测线路，或者在自电容示例中具有感测电极。驱动和感测线路或电极可以由透明导电介质例如氧化铟锡(ITO)或氧化锑锡(ATO)形成，虽然也可以使用其他透明和不透明材料例如铜。在一些示例中，驱动和感测线路或感测电极可以彼此垂直，虽然在其他示例中其他非笛卡尔方向是可能的。例如，在极坐标互电容式触摸感测系统中，感测线路可以是同心圆并且驱动线路可以是径向延伸的线路(反之亦然)。应当理解，因此，这里使用的术语“驱动线路”和“感测线路”意图不仅包含正交网格，而且包含交叉迹线或者具有第一和第二维度的其他几何构型(例如极坐标排列的同心和径向线)。驱动和感测线路或感测电极也可以在例如基本上透明基片的单侧上形成。
在互电容示例中，在迹线的“交叉点”，在那里驱动和感测线路可以彼此相邻并且在上面和下面(横过)通过(但彼此不直接电接触)或者彼此相邻排列，该驱动和感测线路可以本质上形成两个电极(虽然多于两个迹线同样可以交叉)。驱动和感测线路的每个交叉点或邻接点可以代表电容感测节点并且可以看作触摸像素或节点226，当触摸传感器面板224看作捕捉触摸的“图像”时其特别有用。(换句话说，在触摸控制器206已经确定在触摸传感器面板中每个触摸传感器处是否已经检测到触摸事件之后，多点触摸传感器面板中触摸事件发生的触摸传感器的图案可以看作触摸的“图像”(例如，手指触摸面板的图案。)当给定行保持在直流(DC)电压电平时，驱动和感测电极之间的电容可以表现出杂散电容，以及当给定行使用交流(AC)信号激励时，驱动和感测电极之间的电容可以表现出互电容Csig。手指或其他物体靠近或在触摸传感器面板上的存在可以通过测量正在被触摸的像素处存在的信号电荷Qsig的变化来检测，其是Csig的函数。
计算系统200也可以包括主处理器228，用于接收来自处理器子系统202的输出并基于该输出执行动作，所述动作可以包括但不限于移动物体例如光标或指针、滚动或摇摄、调节控制设置、打开文件或文档、查看菜单、做出选择、执行指令、操作连接到主设备的外围设备、接听电话呼叫、改变音量或音频设置、存储与电话通信相关的信息(例如地址、常拨号码、已接来电、未接来电)、登录到计算机或计算机网络上、允许对计算机或计算机网络的限制区域的授权个人访问、加载与用户的计算机桌面首选排列相关联的用户简档、允许访问网页内容、启动特定程序、加密或解码消息、和/或等等。
主处理器228可以执行可能与面板处理无关的另外功能，并且可以耦合到程序存储器232和显示器230(例如LCD显示器)，用于向设备的用户提供用户接口。在一些示例中，主处理器228可以是与触摸控制器206分离的组件，如所示。在一些示例中，主处理器228可以被包括作为触摸控制器206的一部分。在一些示例中，主处理器228的功能可以由处理器子系统202执行和/或在触摸控制器206的其他组件之间分布。显示器230与触摸传感器面板224一起，当部分地或完全地位于触摸传感器面板224下面时，可以形成触摸屏218。
如上所述，这里描述的功能中的一个或多个可以例如由存储在存储器(例如外围设备之一)中并且由处理器子系统202执行，或者存储在程序存储器232中并且由主处理器228执行的固件来执行。固件也可以在任何非临时性计算机可读存储介质中存储和/或传输，以由指令执行系统、装置或设备使用或者与之结合使用，所述指令执行系统、装置或设备例如是基于计算机的系统、包含处理器的系统、或者可以从指令执行系统、装置或设备中取得指令并执行指令的其他系统。在本文档的上下文中，“非临时性计算机可读存储介质”可以是能够包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或者与之结合使用的程序的任何介质(除信号之外)。非临时性计算机可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，便携式计算机磁盘(磁性的)，随机存取存储器(RAM)(磁性的)，只读存储器(ROM)(磁性的)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁性的)，便携式光盘例如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW，或闪存例如紧凑型闪存卡、安全数字卡、USB存储设备、存储棒等等。
固件可以在任何传输介质中传播，以由指令执行系统、装置或设备使用或者与之结合使用，所述指令执行系统、装置或设备例如是基于计算机的系统、包含处理器的系统、或者可以从指令执行系统、装置或设备中取得指令并执行指令的其他系统。在本文档的上下文中，“传输介质”可以是能够通信、传播或传输由指令执行系统、装置或设备使用或者与之结合使用的程序的任何介质。传输可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、或者红外有线或无线传播介质。
图3A例示说明根据公开内容的一些示例的示例性互电容式触摸传感器面板。杂散电容Cstray可以在位于触摸传感器面板330的行304和列306迹线的交叉点的每个像素302处出现(尽管出于简化附图的目的，在图3A中例示说明仅一列的Cstray)。在图3A的示例中，AC能够以不同的频率和相位激励Vstim314、Vstim315和Vstim317。行上的每个激励信号可以使得电荷Qsig＝Csig×Vstim通过在受影响的像素处存在的互电容注入到列中。当手指、手掌或其他物体存在于受影响的一个或多个像素时，可以检测到注入电荷的变化(Qsig_sense)。Vstim信号314、315和317可以包括正弦波的一个或多个脉冲。注意虽然图3A例示说明行304和列306基本上垂直，但是如上所述它们不需要对齐。如上所述，每个列306可以连接到诸如图2的接收部分207的接收通道。
图3B例示说明根据公开内容的一些示例处于稳态(无触摸)条件下的示例性像素的侧视图。在图3B中，由电介质310分离的列迹线306和行迹线304之间的电场线308显示在像素302处。在活动触控笔的示例中(图3B中未示出)，电场线308可以在活动触控笔和列迹线306之间形成。
图3C例示说明根据公开内容的一些示例处于动态(触摸)条件下的示例性像素的侧视图。诸如手指312的物体可以靠近像素302放置。手指312可以是处于信号频率的低阻抗物体，并且可以具有从列迹线306到身体的AC电容Cfinger。身体可以具有大约200pF的到地面的自电容Cbody，其中Cbody可以比Cfinger大得多。如果手指312阻挡行和列电极之间的一些电场线308(离开电介质310并且通过行电极上面的空气的那些边缘场)，那些电场线可以通过手指和身体中固有的电容通路分流到地面，并且结果，稳态信号电容Csig可以减小ΔCsig。换句话说，组合的身体和手指电容可以起作用以将Csig减小量ΔCsig(其在这里也可以称作Csig_sense)，并且可以用作到地面的分流或动态返回路径，阻挡一些电场线，从而导致减小的净信号电容。像素处的信号电容变成Csig-ΔCsig，其中ΔCsig代表动态(触摸)分量。注意Csig-ΔCsig可能因为手指、手掌或其他物体不能阻挡所有电场而总是非零，特别是完全在电介质材料内保持的那些电场。另外，应当理解随着手指312更努力地或者更完全地按压到触摸传感器面板上，手指312可以趋向变平，阻挡越来越多的电场线308，并且因此ΔCsig可以是可变的并且代表手指312多么完全地向下按压在面板上(也就是从“无触摸”到“完全触摸”的范围)。在活动触控笔的示例中，耦合到列306的电荷的存在被检测作为触摸物体的指示。
图4例示说明根据公开内容的一些示例与自电容式触摸像素电极以及感测电路相对应的示例性触摸传感器电路409。触摸传感器电路409可以具有触摸像素电极402，该触摸像素电极具有与其相关联的到地面的固有自电容，以及当诸如手指412的物体靠近或触摸该触摸像素电极402时可以形成的另外的到地面的自电容。触摸像素电极402的总共的到地面的自电容可以例示说明为电容404。触摸像素电极402可以耦合到感测电路414。感测电路414可以包括运算放大器408、反馈电阻器416、反馈电容器410以及输入电压源406，虽然也可以使用其他配置。例如，反馈电阻器416可以由开关电容器电阻器取代。触摸像素电极402可以耦合到运算放大器408的反相输入端。AC电压源406可以耦合到运算放大器408的非反相输入端。可以配置触摸传感器电路409以感测因手指412触摸或靠近触摸传感器面板而引起的触摸像素电极402的总共自电容404的变化。输出420可以由处理器用来确定靠近或触摸事件的存在，或者输出可以输入到所考虑的逻辑网络来确定触摸或靠近事件的存在。
图5A例示说明根据公开内容的一些示例的示例性感测通道500。一个或多个感测通道500可以存在于触摸系统(例如图2的触摸系统)中。再次参考图5A，触摸传感器面板的一个或多个感测线路可以可耦合到每个感测通道500。每个感测通道500可以包括电荷放大器502、抗锯齿滤波器(AAF)504和模拟数字转换器(ADC)506、数字混合器508(例如倍增电路)以及累加器(ACCU)510。连同其它组件一起现在为了简化附图的目的而显示的电荷放大器502、抗锯齿过滤器504、以及模拟数字转换器(ADC)506，可以包括这些感测通道500的“前端”。数字混合器508可以由数控振荡器(NCO)512驱动，其可以包括使用窗函数来振幅窗口整形。图5A例示说明互电容示例，其中驱动线路可以由输入信号(例如Vstim或DC信号)驱动，使得当没有手指、手掌或物体存在时引起稳态信号电容Csig，或者当手指、手掌或其他物体存在时引起动态信号电容Csig-ΔCsig。感测通道500可以从触摸面板接收代表电容或电容变化(Csig或Csig-ΔCsig)的信号并且将它转换到数字域，在混合器508中使用解调波形解调该数字信号并且在累加器510中累加输出。累加的输出然后可以存储在结果寄存器514中并且可用于进一步的处理。根据这些示例，接收通道500可以作为ASIC的一部分实现。虽然图5A例示说明互电容示例，应当理解图5A的感测通道也可以用于自电容面板，其中电荷放大器502的反相输入端可以连接到接地面的自电容，并且非反相输入端可以连接到信号发生器。
图5B例示说明根据公开内容的一些示例的示例性触摸传感器面板部分550、在该面板部分中检测到的接触面、以及该接触面的计算质心。在图5B的示例中，触摸物体的轮廓或接触面显示在552处。触摸传感器面板部分550中的触摸像素554使用“+”符号识别，并且接触面552中的那些触摸像素可以具有与它们的无触摸对应物不同的变化的触摸值。算法(例如分水岭算法)可以被实现用来确定接触面552的边界。接触面内触摸像素的触摸值可以用来计算质心556。但是，接触面内每个触摸像素的计算的触摸值可以是应用到触摸传感器面板的激励信号以及面板上任何噪声的函数，并且因此质心556也可以是应用到触摸传感器面板的激励信号以及面板上任何噪声的函数。
根据公开内容的一些示例，在确定可以应用到触摸传感器面板的最低激励电压电平同时维持可接受的触摸性能之前，可以测量或计算指示触摸像素噪声的一个或多个参数或度量。在其他示例中，可以测量或计算感测通道放大器输出的触摸像素噪声和SNR。在另外其他示例中，可以模拟触摸位置抖动。
图6例示说明根据公开内容的一些示例的用于确定触摸系统经历的噪声水平以及确定最小可接受激励电压的示例性算法600。在图6的示例中，在块602处，没有激励信号被应用到触摸传感器面板。在块604处，在不存在激励信号时，感测通道可以捕捉感测线路上的感测信号(即捕捉面板图像)。在一些示例中，在块604处也可以在不存在触摸时捕捉感测信号。因为不存在触摸，可以假设这些捕捉到的感测信号中的任何变化可以因系统中噪声或者系统上作用的噪声而引起。在一些示例中，在正常设备操作的背景下，可以在预先确定的帧数或时间段捕捉这些感测信号，然后在块606处，可以对感测信号执行统计分析，以便对基于每个像素的那些感测信号来确定平均振幅、方差或其他统计测量，以在块608处计算每个像素处的噪声的测量(噪声值)。但是，因为基于每个像素计算噪声需要执行全扫描，因此在公开内容的一些示例中，可以获得基于行或列捕捉噪声的感测信号以便加速噪声测量的计算。
在公开内容的一些示例中，感测信号可以以已知的工作频率解调、累加、存储并进行统计分析来确定处于那些频率的噪声。在一些示例中，感测信号的分析可以在感测通道的前端执行，这可以减少或消除下游统计分析的需要。
应当理解，在公开内容的一些示例中，可以在列、行或二者上执行感测。不管哪个迹线正在用于感测，都可以在行和列二者上提取噪声。无论感测信号从列、行或者二者获得，都可以应用图6的算法。
图7例示说明根据公开内容的一些示例的用于确定触摸系统经历的噪声水平和预估SNR以及确定最小可接受激励电压的示例性算法700。在一些示例中，在块702处，激励信号可以应用于触摸传感器面板。在块704处，在不存在触摸且存在激励信号时感测通道可以捕捉感测线路上的感测信号(即捕捉面板图像)。因为不存在触摸，因此可以假设这些捕捉到的感测信号中的任何变化可以因系统中噪声或者系统上作用的噪声而引起。在一些示例中，在正常设备操作的背景下在没有检测到触摸时，可以在预先确定的帧数或时间段捕捉这些感测信号，然后可以在块706处对感测信号执行统计分析，以便对基于每个像素的那些捕捉到的感测信号来确定平均振幅、方差或其他统计测量，以在块708处计算每个像素处的噪声的测量。
在公开内容的一些示例中，感测信号可以以已知的工作频率解调、累加、存储并进行统计分析来确定处于那些频率的噪声。在其他示例中，感测信号的分析可以在感测通道的前端电路执行，这可以减少或消除下游统计分析的需要。
应当理解，在公开内容的一些示例中，可以在列、行或二者上执行感测。不管哪个迹线正在用于感测，都可以在行和列二者上提取噪声。无论感测信号从列、行或者二者获得，都可以应用图7的算法。
为了从计算的噪声值中计算SNR，感兴趣的参数是当面板被触摸时输出信号改变多少(即触摸情况和无触摸情况之间信号振幅的差)。但是，在图7的示例中，不存在触摸，因此输出信号是恒定的并且触摸和无触摸信号电平之间的差未知。因此，在710处，可以例如基于表征或推论接地电平来假设触摸和无触摸信号电平(以及二者之间的差)。给出假设的信号电平和计算的噪声值，在712处可以计算估计的SNR。
图8例示说明根据公开内容的一些示例的用于确定触摸系统经历的噪声水平和实际SNR以及确定最小可接受激励电压的示例性算法800。在一些示例中，在块802处激励信号可以应用到触摸传感器面板。当在块804处检测到一个或多个触摸时存在激励信号，感测通道可以捕捉感测线路上的感测信号(即捕捉触摸图像)。在一些示例中，在正常设备操作的背景下在检测到触摸时，可以在预先确定的帧数或时间段捕捉这些感测信号。当捕捉触摸图像时，在块806处算法(例如分水岭算法)可以被实现用来确定触摸位置(例如触摸面边界)。在808处，这些触摸位置然后可以从随后的统计分析中排除。换句话说，统计分析可以仅在没有检测到触摸的那些像素位置上执行。在一些示例中，在810处，统计分析可以对那些无触摸像素位置的感测信号执行，以便对基于每个像素的那些感测信号来确定平均振幅、方差或其他统计测量，以在812处计算每个无触摸像素处的噪声的测量。
在公开内容的一些示例中，感测信号可以以已知的工作频率解调、累加、存储并进行统计分析来确定处于那些频率的噪声。在一些示例中，感测信号的分析可以在感测通道的前端执行，这可以减少或消除下游统计分析的需要。
应当理解，在公开内容的一些示例中，可以在列、行或二者上执行感测。不管哪个迹线正在用于感测，都可以在行和列二者上提取噪声。无论感测信号从列、行或者二者获得，都可以应用图8的算法。
为了从计算的噪声值中计算SNR，感兴趣的参数是当触摸面板被触摸时输出信号改变多少(即触摸情况和无触摸情况之间信号振幅的差)。但是，在图8的示例中，存在触摸，因此触摸和无触摸信号电平之间的差已知。因此，在814处，可以测量实际触摸和无触摸信号电平(以及二者之间的差)。给出实际触摸/无触摸输出电压信号电平和无触摸像素处计算的噪声值，在816处可以计算实际SNR。
图8的示例(存在触摸)不同于图6和7的无触摸示例在于，触摸位置处实际触摸/无触摸感测放大器输出电压摆幅可以是已知的或被测量，并且在SNR计算中使用，而不是必须假设触摸/无触摸感测放大器输出电压摆幅。这可能在其他事情中是重要的，因为触摸/无触摸感测放大器输出电压摆幅可以依赖于触摸物体的接地情况而变化。
如上所述，公开内容的示例针对减小触摸传感器面板激励电压电平同时保持可接受的触摸性能。换句话说，确定的触摸像素噪声水平，以及在一些示例中，基于确定噪声水平的估计或实际SNR的计算，可以用作噪声度量以帮助确定最低的可接受激励电压电平。但是，在一些示例中，触摸性能可以直接从计算的触摸位置(例如接触面的计算质心)的稳定性(例如抖动)评估，并且最低的可接受激励电压电平可以从该稳定性测量确定。例如，在不存在噪声时当用户将手指向下触摸到触敏表面上时，该触摸的计算质心应当是静止的。但是，在存在噪声时，计算质心可能随着时间变化(抖动)，即使手指实际上是静止的。在一些示例中，每英寸点数(DPI)，或者作为选择，每英寸点数(DPI)的倒数，可以用作触摸抖动的度量，虽然应当理解也可以使用其他度量来应用。
在细线制图程序中，可能期望将抖动限制在大约显示像素的一半，使得任何噪声将不会造成另外的直线路径被捕捉并显示为锯齿状路径。因此，显示像素宽度一半或更小的触摸位置抖动将不会使得相邻的显示像素受影响，因此应当对于显示的图像没有影响(例如，没有锯齿状路径)。但是，因为小于显示像素一半的触摸位置抖动不是可分辨的(即对显示没有影响)，使用产生小于显示像素一半的触摸位置抖动的激励电压电平可能是不必要的。因此，在公开内容的一些示例中，可能期望确定在存在抖动等于显示像素大约一半的噪声时能够产生触摸面质心位置的最小激励信号电压。
图9A例示说明根据公开内容的一些示例的用于模拟触摸质心抖动的示例性算法900。在图9A的示例中，可以绕过噪声测量，并且可以直接测量触摸质心抖动(更接近用户级性能的度量)。算法可以使用一个或多个模拟的触摸而不是真实的触摸。当不存在真实的触摸时，或者当真实的触摸不是静止的时，模拟的触摸可能是必要的。在一些示例中，在块902处，激励信号可以应用到触摸传感器面板。在块904处，感测通道可以在有或没有触摸存在且存在激励信号时捕捉感测线路上的感测信号(即捕捉面板图像)。在块905处，可以识别捕捉到的面板图像中的任何触摸位置。可以假设这些捕捉到的感测信号中的任何变化可以因系统中噪声或者系统上作用的噪声而引起。在一些示例中，在正常设备操作的背景下在没有检测到触摸时，可以在预先确定的帧数或时间段捕捉这些感测信号。
图9B例示说明根据公开内容的一些示例的示例性理想触摸轮廓950。在图9B的示例中，理想触摸轮廓950以单个维度(例如X维度)显示，质心位于像素C，但是应当理解，图9B的理想触摸轮廓也可以应用到正交维度(例如Y维度)。
再次参考图9A，在公开内容的一些示例中，在块906处，在预先确定的帧数或时间段，在不存在触摸的一个或多个指定位置，理想触摸轮廓950的触摸值可以增加到捕捉到的面板图像，以便在具有噪声的无触摸面板图像上人工地添加或模拟一个或多个触摸并且产生模拟的触摸图像。以这种方式增加一个或多个模拟的触摸可以消除由实际触摸的检测造成的任何错误，因为实际触摸可能随着时间四处移动并且抖动度量假设了静止的接触。在块908处，可以在预先确定的帧数或时间段，在模拟的触摸图像上执行算法(例如分水岭算法)，以计算模拟的触摸位置(例如，模拟的触摸面边界和质心)，其可能因噪声的增加从理想的质心位置漂移。
然后在块910处，可以执行统计分析来确定理想的质心位置和模拟的触摸位置之间抖动的平均振幅、方差或其他统计测量。
以上图6-9中公开的示例计算触摸像素噪声、估计的或实际SNR、或者触摸位置抖动。这些度量中的每个可以与触摸性能相关使得可以使用一个或多个闭环方法确定最小可接受激励电压。通常，在公开内容的一些示例中，闭环方法可以通过控制算法(例如PID，模糊等)迭代地减小/增加激励电压，直到达到期望的SNR。
图10A例示说明根据公开内容的一些示例的示例性通用闭环最小可接受激励电压确定系统100。在图10A的示例中，目标SNR1002被送入系统中，并且在1006处计算目标SNR和计算的SNR1004之间的差并将该差送入到SNR到电压的传递函数H1008以确定激励电压电平1010。该激励电压1010可以应用到触摸面板1012以产生触摸图像1014。从触摸图像1014中，在1004处可以计算新的SNR并将其反馈到系统中。该过程可以迭代地执行直到目标和计算的SNR1002和1004相匹配，并且它们的差近似为零。以零作为输入，传递函数1008可以产生激励电压电平1010，其可以被标识为最小可接受激励电压。
图10B例示说明根据公开内容的一些示例的示例性简化闭环最小可接受激励电压确定系统1020。在图10B的示例中，在块1024处，可以从触摸图像1022确定噪声和SNR值，并且在块1026处，SNR可以送入激励电压查找表(LUT)，其中可以产生激励电压1028。话句话说，对于每个SNR，存在由特性化/分析确定的相关联的最小驱动电压，并且在LUT1026中捕捉该关联。在其他示例中，在块1024处，DPI值或DPI的倒数值可以从触摸图像1022确定，并且在块1026处，DPI值或DPI的倒数值可以送入LUT，其中可以产生激励电压1028。激励电压1028可以应用到触摸面板1030以产生新的触摸图像1052。从触摸图形1052，可以确定新的噪声和SNR值并将其反馈到系统中。该过程可以根据需要迭代地执行以对于当前的SNR将驱动电压维持在可接受的最小值。
再次参考根据图7用于确定噪声和估计SNR的方法，在块712处计算的SNR值可以送入激励电压LUT，其中可以产生激励电压。该激励电压LUT例如可以基于先前的特性化产生并存储在存储器中。激励电压可以应用到触摸面板以产生新的无触摸图像。从无触摸图像中，可以确定新的噪声值，并且新的噪声值基于预先确定的无触摸/全触摸输出范围，可以确定新的估计SNR值。然后，如图10B中所示，新的估计SNR值可以以闭环方式反馈到系统中。该过程可以根据需要迭代地执行以对于当前SNR将驱动电压保持在可接受最小值。该迭代的闭环过程在图7中由块716代表。
再次参考根据图8用于确定噪声和实际SNR的方法，在块816处计算的SNR值可以送入激励电压LUT，其中可以产生激励电压。激励电压LUT例如可以基于先前的特性化产生并存储在存储器中。激励电压可以应用到触摸面板以产生新的触摸图像。从触摸图像中，可以提取触摸值，可以确定新的无触摸噪声值，并且基于实际无触摸/全触摸输出范围，可以确定新的实际SNR值。然后，如图10B中所示，新的实际SNR值可以以闭环方式反馈到系统中。该过程可以根据需要迭代地执行以对于当前SNR将驱动电压保持在可接受最小值。该迭代的闭环过程在图8中由块820代表。
再次参考根据图9用于确定噪声和触摸位置抖动的方法，在910处计算的模拟触摸位置抖动值(例如依据DPI或DPI的倒数)可以送入激励电压查找表(LUT)，其中可以产生激励电压。激励电压LUT例如可以基于先前的特性化产生并存储在存储器中。激励电压可以应用到触摸面板以产生新的触摸图像。从触摸图像中，可以确定新的模拟的触摸位置抖动值。然后，如图10B中所示，新的触摸位置抖动值可以以闭环方式反馈到系统中。该过程可以根据需要迭代地执行以对于当前DPI或DPI的倒数将驱动电压保持在可接受最小值。
作为以上讨论的闭环方法的替代，在公开内容的一些示例中，噪声度量例如触摸像素噪声、估计的或实际SNR、或者触摸位置抖动可以与触摸性能相关，使得可以使用开环方法确定最小可接受激励电压。通常，开环方法可以基于噪声度量和触摸性能之间的相关性计算最小所需激励电压。
图10C例示说明根据公开内容的一些示例的示例性简化开环最小可接受激励电压确定系统1040。图10C可以代表图10B的简化闭环系统的进一步简化的版本。在图10C的示例中，噪声图像1042可以从没有应用任何驱动信号的触摸面板1044获得，并且在块1046处可以测量来自噪声图像的噪声。在块1048处，这些值可以送入激励电压LUT，其中可以产生激励电压电平1050。激励电压LUT1048例如可以基于先前的特性化产生并且存储在存储器中。激励电压1050可以应用到触摸面板1052以产生新的触摸图像1054。
再次参考图6中所示用于计算面板噪声的方法，因为没有提供激励信号，在一些示例中，计算的面板噪声电平可以被用作LUT的输入，以便以开环方式确定最小可接受激励电压电平，如图10C中所示并且由图6中块610代表。该激励电压可以应用到触摸面板，并且可以产生触摸图像。
再次参考图7中所示用于计算面板噪声和估计的SNR的方法，在一些示例中，估计的SNR可以被用作LUT的输入，以便以开环方式确定最小可接受激励电压电平，如由图7中块716代表。该激励电压可以应用到触摸面板，并且可以产生触摸图像。
再次参考图8中所示用于计算面板噪声和实际SNR的方法，在一些示例中，如图8中由块820代表的，实际SNR可以被用作LUT的输入，以便以开环方式确定最小可接受激励电压电平。该激励电压可以应用到触摸面板，并且可以产生触摸图像。
再次参考图9中所示用于计算面板噪声和触摸位置抖动的方法，在一些示例中，模拟的触摸位置抖动可以被用作LUT的输入，以便以开环方式并且由图9中块914代表的确定最小可接受激励电压电平。该激励电压可以应用到触摸面板，并且可以产生触摸图像。
因此，根据以上，公开内容的一些示例针对一种用于确定触摸感测系统的激励电压的方法，包括：在特定时间间隔捕捉触摸传感器面板图像；基于多个捕捉到的触摸传感器面板图像计算一个或多个度量；以及从所述一个或多个度量确定最小可接受激励电压。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括在不存在激励信号时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，计算一个或多个度量包括计算多个捕捉到的触摸传感器面板图像的平均振幅和方差中的一个或多个。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；以及在没有检测到的触摸时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：基于所述一个或多个度量以及从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的假设满量程振幅电压摆幅，来计算估计的信噪比(SNR)。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：从估计的SNR确定激励电压；将激励电压应用到触摸感测系统以产生改进的多个捕捉的触摸传感器面板图像；以及从改进的多个捕捉的触摸传感器面板图像计算改进的估计SNR。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；以及捕捉具有一个或多个检测到的触摸的所述多个触摸传感器面板图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：确定一个或多个检测到的触摸的一个或多个触摸位置；以及从多个捕捉到的触摸传感器面板图像中排除所述一个或多个触摸位置以产生多个无触摸传感器面板图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，计算度量包括计算多个无触摸传感器面板图像的平均振幅和方差中的一个或多个。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：确定从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的实际满量程振幅电压摆幅；以及基于所述一个或多个度量和实际满量程振幅电压摆幅来计算实际信噪比(SNR)。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：从实际SNR确定激励电压；将激励电压应用到触摸感测系统以产生改进的多个捕捉到的触摸传感器面板图像；以及从改进的多个捕捉到的触摸传感器面板图像计算改进的实际SNR。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：使用一个或多个激励信号激励触摸感测系统；从捕捉到的多个触摸传感器面板图像确定任何实际触摸位置；以及在已经确定没有实际触摸位置的一个或多个预先确定的理想触摸位置，将理想的触摸轮廓增加到多个捕捉到的触摸传感器面板图像，以形成多个模拟的触摸图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括从多个模拟的触摸图像计算多个模拟的触摸位置。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，计算度量包括计算一个或多个理想的触摸位置与多个模拟的触摸位置之间的模拟触摸位置抖动。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：从计算的模拟触摸位置抖动确定激励电压；将激励电压应用到触摸感测系统以产生改进的多个捕捉到的触摸传感器面板图像；以及从改进的多个捕捉到的触摸传感器面板图像计算改进的模拟触摸位置抖动。
公开内容的一些示例针对非临时性计算机可读存储介质，该介质具有存储于其中的指令，当指令由设备执行时使该设备执行方法，包括：在特定时间间隔捕捉多个触摸传感器面板图像；基于多个捕捉到的触摸传感器面板图像计算一个或多个度量；以及从所述一个或多个度量确定最小可接受激励电压。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括在不存在激励信号时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；以及在没有检测到的触摸时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：基于所述一个或多个度量以及从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的假设满量程振幅电压摆幅来计算估计的信噪比(SNR)。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；捕捉具有一个或多个检测到的触摸的所述多个触摸传感器面板图像；确定所述一个或多个检测到的触摸的一个或多个触摸位置；以及从多个捕捉到的触摸传感器面板图像中排除所述一个或多个触摸位置以产生多个无触摸传感器面板图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：确定从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的实际满量程振幅电压摆幅；以及基于所述一个或多个度量和实际满量程振幅电压摆幅来计算实际信噪比(SNR)。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括：使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；从捕捉到的多个触摸传感器面板图像确定任何实际触摸位置；以及在已经确定没有实际触摸位置的一个或多个预先确定的理想触摸位置，将理想的触摸轮廓增加到多个捕捉到的触摸传感器面板图像，以形成多个模拟的触摸图像。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括从所述多个模拟的触摸图像计算多个模拟的触摸位置。以上公开的一个或多个示例之外或替代地，在一些示例中，计算度量包括计算一个或多个理想的触摸位置与所述多个模拟的触摸位置之间的模拟触摸位置抖动。
公开内容的一些示例针对一种用于确定触摸感测系统的激励电压的计算设备，包括：触摸传感器面板；以及通信耦合到所述触摸传感器面板的触摸控制器，所述触摸控制器包括用于激励所述触摸传感器面板并且从所述触摸传感器面板接收感测信号的一个或多个收发器部分，以及处理器，所述处理器能够在特定时间间隔捕捉多个触摸传感器面板图像，基于多个捕捉到的触摸传感器面板图像计算一个或多个度量，以及从所述一个或多个度量确定最小可接受激励电压。
虽然参考附图已经充分地描述了该公开内容的示例，但是应当注意，各种变化和修改将对本领域技术人员变得显然。这种变化和修改应当理解为包括在由所附权利要求所限定的本公开内容示例的范围内。

Claims (20)

1.一种用于确定触摸感测系统的激励电压的方法，包括：
在特定时间间隔捕捉多个触摸传感器面板图像；
基于多个捕捉到的触摸传感器面板图像计算一个或多个度量；以及
从所述一个或多个度量确定最小可接受激励电压。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在不存在激励信号时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；以及
在没有检测到的触摸时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
基于所述一个或多个度量以及从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的假设满量程振幅电压摆幅来计算估计的信噪比(SNR)。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；以及
捕捉具有一个或多个检测到的触摸的所述多个触摸传感器面板图像。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
确定所述一个或多个检测到的触摸的一个或多个触摸位置；以及
从多个捕捉到的触摸传感器面板图像中排除所述一个或多个触摸位置以产生多个无触摸传感器面板图像。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
确定从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的实际满量程振幅电压摆幅；以及
基于所述一个或多个度量和实际满量程振幅电压摆幅来计算实际信噪比(SNR)。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；
从多个捕捉到的触摸传感器面板图像确定任何实际触摸位置；以及
在已经确定没有实际触摸位置的一个或多个预先确定的理想触摸位置，将理想的触摸轮廓增加到所述多个捕捉到的触摸传感器面板图像，以形成多个模拟的触摸图像。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括从所述多个模拟的触摸图像计算多个模拟的触摸位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中计算度量包括计算一个或多个理想的触摸位置与所述多个模拟的触摸位置之间的模拟触摸位置抖动。
11.一种用于确定触摸感测系统的激励电压的计算设备，包括：
触摸传感器面板；以及
通信耦合到所述触摸传感器面板的触摸控制器，所述触摸控制器包括
用于激励所述触摸传感器面板并且接收来自所述触摸传感器面板的感测信号的一个或多个收发器部分，以及
处理器，所述处理器能够
在特定时间间隔捕捉多个触摸传感器面板图像，
基于多个捕捉到的触摸传感器面板图像计算一个或多个度量，以及
从所述一个或多个度量确定最小可接受的激励电压。
12.根据权利要求11所述的计算设备，所述处理器进一步能够在不存在激励信号时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。
13.根据权利要求11所述的计算设备，所述处理器进一步能够：
使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；以及
在没有检测到的触摸时捕捉所述多个触摸传感器面板图像。
14.根据权利要求13所述的计算设备，所述处理器进一步能够基于所述一个或多个度量以及从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的假设满量程振幅电压摆幅来计算估计的信噪比(SNR)。
15.根据权利要求11所述的计算设备，所述处理器进一步能够：
使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；以及
捕捉具有一个或多个检测到的触摸的所述多个触摸传感器面板图像。
16.根据权利要求15所述的计算设备，所述处理器进一步能够：
确定所述一个或多个检测到的触摸的一个或多个触摸位置；以及
从多个捕捉到的触摸传感器面板图像中排除所述一个或多个触摸位置以产生多个无触摸传感器面板图像。
17.根据权利要求16所述的计算设备，所述处理器进一步能够：
确定从所述触摸感测系统接收的触摸和无触摸感测信号的实际满量程振幅电压摆幅；以及
基于所述一个或多个度量和实际满量程振幅电压摆幅来计算实际信噪比(SNR)。
18.根据权利要求11所述的计算设备，所述处理器进一步能够：
使用一个或多个激励信号激励所述触摸感测系统；
从多个捕捉到的触摸传感器面板图像确定任何实际触摸位置；以及
在已经确定没有实际触摸位置的一个或多个预先确定的理想触摸位置，将理想的触摸轮廓增加到上述多个捕捉到的触摸传感器面板图像，以形成多个模拟的触摸图像。
19.根据权利要求18所述的计算设备，所述处理器进一步能够从所述多个模拟的触摸图像计算多个模拟的触摸位置。
20.根据权利要求19所述的计算设备，其中计算度量包括计算一个或多个理想的触摸位置与所述多个模拟的触摸位置之间的模拟触摸位置抖动。
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