CN105474147A - 电容触摸系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容触摸系统，包括：有源触笔(800)，其被配置以持续发射信号；电容触摸装置(200)，其被配置以处于重置阶段(1000)，随后是手指触摸感测阶段(2000)，手指触摸仅在手指触摸感测阶段(2000)期间被感测。电容触摸装置(200)被配置以在重置阶段(1000)期间感测来自有源触笔(800)的信号。电容触摸装置(200)包括至少一个电荷传感器(208、213)，其包括电荷传感器放大器(305)，其包括输入(CSi)和输出(csaout)，以及开关(Sw1)，其位于该输入(CSi)和该输出(csaout)之间。电荷传感器放大器(305)被设置为用于在重置阶段(1000)期间通过开关(Sw1)的非零电阻值(Ron)传输有源触笔(800)的信号。

Description

电容触摸系统
技术领域
本发明涉及一种电容触摸系统，尤其是一种包含有源触笔和电容触摸装置的电容触摸系统。
背景技术
电容触摸装置包括在包含物品存在检测的多种应用领域中使用的电容传感器，例如，但并不限于，触摸板、触摸面板、触摸屏或投射式的电容显示器。
当在电容触摸装置上书写时，触笔(或笔)的使用允许在使用者与基础应用之间更加舒服和准确的交互。触笔可以是无源的或有源的。无源触笔不会发射任何信号：换言之，它是触摸电容触摸装置并模拟手指的物体。虽然无源触笔简单、廉价并提供用于画草图的可接受的解决方案，但它们并不容易地考虑笔触摸和手指触摸之间的区别。而且它们不考虑可能在一些应用中有用的任何数据的传输。笔的尖端必须足够大以使电容电荷被动地传输至触摸装置。
有源触笔具有更高的书写性能，例如，在触笔尖端沿着短曲线或短距离快速移动时。另外，它们可以传输来自位于触笔上或在触笔内的传感器的模拟的或数字的数据(例如，触笔尖端被应用于电容触摸屏所用的力)。然而，它们更加的复杂。
常规的有源触笔只在某些时段期间发射。于是在触笔和电容触摸装置之间需要同步性。换言之，从触笔发射的信号的相位并不是随意的，而是显示了与在电容触摸装置中的内置时序信号的关系，例如，指示哪一行被启用的标记。为了执行这种同步性，触笔必须包括用于接收电容触摸装置相位信息的接收器。触笔还包括用于向电容触摸装置发射有用信号的发射器。于是，已知的有源触笔包括接收器和发射器，且因此是复杂、昂贵和笨重的。
此外，现有技术的解决方案倾向于在触笔本身赋予相对较大的复杂性，如讨论的触笔包括接收部分和发射部分，有源触笔信号被解释为手指触摸(通过例如，相同或相反极性)的改进版本。
在另一方面，已知的电容触摸装置需要发射器用于将同步性信息传递到触笔。此外，手指触摸与触笔触摸的区别是复杂和耗时的。
图1示出已知电容触摸装置200的示例。其包括感测电容在其交叉点处的第一数量n个行(Y[1]至Y[n])和第二数量m个列(X[1]至X[m])。
对应于每一列X[1]至X[m]具有电荷传感器(CS)204。对应于每一行Y[1]至Y[n]具有电荷驱动器(CD)203。m个电荷传感器204响应于n个电荷驱动器发送的电压激励。电荷驱动器203由为在移位寄存器202内循环的电压信号的标记依序启动。时序控制器201为适当的操作产生所有必要的时序。当标记已经通过所有电荷驱动器203时，触摸列数据采集模块205处理对应于m×n像素的电荷图像的数据，以便检测一个或多个手指触摸。
图2中示出电荷驱动器203的结构的示例。其包括具有较低输出阻抗的接收标记tk并限定信号发送至驱动器502的预驱动器501。电荷驱动器203的输出信号CD包括被发送至电容触摸装置200的对应行的预定义的电压电平的组。
在示出预驱动器501以及图2的驱动器502的示例的图3的实施例中，输出信号CD包括三个电压电平，一个高电压电平(Vh)、一个低电压电平(Vl)和“静止的(rest)”电平(Vr)。标记tk被分别发送至第一布尔与逻辑门(BooleanANDlogicgate)21和第二布尔与逻辑门23。在第一布尔与逻辑门21的输入处的高侧时序信号Th和在第二布尔与逻辑门23的输入处的低侧时序信号Tl分别启动分别连接至高侧开关28和低侧开关30的高侧驱动器25和低侧驱动器27，以便在输出CD处产生高电压电平Vh和低电压电平Vl。
当标记tk为非活动时，驱动器模块26和开关32允许驱动器处于非活动状态：CD输出于是具有静态的(“静止的”)电平Vr，如图4中所示。
图5示出被配置为用于触摸检测的已知的电荷感测放大器的视图。其包括具有位于虚拟地电平处的输入(CSi)的放大器305以便将由电压激励CD引起的电荷变化转换为输出电压csaout。
在电容触摸装置200的行RN和列CM的交叉点处的电容Cmu接收来自对应于所考虑的行的电容驱动器203的信号CD并且在列CM的一端将其耦合至放大器305的虚拟地CSi。
图5的电荷感测放大器被配置以便在手指触摸感测阶段(或模式)感测一个手指在电容触摸装置200上的可能的存在以及在没有感测到手指触摸时处于重置阶段(或模式)。在这种重置阶段(或模式)中，电荷传感器放大器305的输入CSi通过闭合的开关(图5中的Sw1)被连接至其输出csaout。，多个行和列允许m×n图像等级处的多个手指检测。
图6示出图5的电荷感测放大器204的时序图且尤其重置阶段1000之后是手指触摸感测阶段2000的示例。如图所示，重置阶段1000对应于CSAr信号为高即开关Sw1闭合的时间间隔。
在电荷感测放大器的重置阶段1000期间，信号CSAr被主张(assert)以闭合开关SW1：输出电压csaout于是可以存储可能存在于CSi输入处的偏移电压。如图6中所示，在这个时间段没有CD活动发生。
电荷感测放大器305的重置阶段1000结束之后是手指触摸感测阶段2000的开始：信号CSAr改变以打开开关SW1并且放大器305然后被配置为具有由Cmu和Cfb的比值限定的增益，使得由CD电压摆动或手指触摸的存在引起的装置Cmu中的电荷变化被转换为在输出电压csaout处可见的电压变化。在这个感测阶段期间有可能感测到电容触摸装置上的一个或多个手指的存在。
WO2012034714描述了一个电荷感测放大器的示例。
图7示出如图1中所示的已知电荷传感器204的一部分的视图。电荷至电压的转换功能由电荷感测放大器305来保证，电荷感测放大器305之后是噪音滤波模块308。电荷变化的获得和处理以及AD转换可以在噪音滤波器308后的模块309内进行。
描述电荷驱动器203(图2和图3)和电荷传感器204(图7)不允许同时确定有源触笔触摸电容触摸装置的XY位置。
EP2354909(Wacom)涉及关于包括两个编码产生部分并被设置为用于传输第一编码C1和第二编码C2的有源触笔。第一编码C1用于执行笔位置检测，同时第一编码C1与第二编码C2一样被用于执行压力检测。由于在传输前一个第二编码C2和下一个第一编码C1之间存在时间期间，所以有源触笔的传输并非是连续的。其还涉及用于在不同的阶段检测手指(通过使用扩码产生部分)和该有源触笔(通过利用第一编码C1)两者的位置的触摸装置。
US20120105362(Cypress)涉及用于使触笔与电容感测阵列同步的方法和系统。
EP2515212(三星移动显示(SamsungMobileDisplay))涉及包括两个感测回路的电容触摸装置。驱动回路被设置于选择单元和第一感测回路之间。
选择单元包括n个开关，每个开关具有三个接触点：
-第一接触点，其将线路连接至驱动回路；
-第二接触点，其将线路连接至往第一感测回路；
-第三接触点，其将线路连接至地。
当线路通过选择单元的第一接触点连接至驱动回路以允许线路上的手指检测时，然后，未邻近连接至驱动回路的线路的线路通过第二接触点连接至第一感测回路以同时允许笔检测。连接至邻近连接至驱动回路的线路的驱动回路的线路通过第三接触点连接至地。
US20100155153(N-Trig)涉及异步的触笔，即在第一粗检测模式期间与从触摸面板传输的信号不同步的触笔。当触笔已经被检测时，则存在触摸面板与触笔同步的第二细检测模式。
US5790106(AlpsElectric)涉及包括可以通过CPU以分时方式在其第一和第二接触部之间自动地切换的模拟开关的电容触摸装置。当模拟开关切换至其第一接触部时，电容触摸装置被用于手指检测。当模拟开关切换至其第二接触部时，电容触摸装置被用于笔检测。
于是本发明的目的是解决与包含有源触笔和电容触摸装置的现有的电容触摸系统相关的至少一些缺陷。
发明内容
根据本发明，该目的通过根据所附权利要求的电容触摸系统及用于电容触摸系统的方法来实现。
根据本发明的电容触摸系统包括：
-有源触笔，该有源触笔包括被配置以连续地发出信号的振荡器，
-电容触摸装置，其被配置为处于重置阶段，其后是手指触摸感测阶段，不同于该重置阶段，仅在该手指触摸感测阶段期间感测手指触摸。
有利地，电容触摸装置被配置为在重置阶段期间感测来自有源触笔的信号。
有利地，电容触摸装置被配置为仅在重置阶段期间感测来自有源触笔的信号。
在本发明的上下文中，表述“连续地发出信号”意为，当通电且不处于待机模式时，至少在电容触摸装置上方工作时，有源触笔不间断地传输信号。
如所讨论的，手指触摸的检测依赖于由电荷驱动器203引发且由电荷传感器204处理的相对较大的信号摆动的使用。这些活动发生在专用的时间空档期间，在此期间有用的触笔信号难以与正常的手指触摸电荷转换输出进行区分。
本发明的有益方面包括避免这些专用时间空档用于处理触笔信号。换言之，电荷感测放大器被配置以在手指触摸感测阶段(或模式)期间感测电容触摸装置上一个或多个手指的可能存在以及在手指触摸未被感测的重置阶段(或模式)中感测来自有源触笔的信号。在该重置阶段(或模式)中，电荷传感器的电荷传感器放大器的输入通过闭合开关连接至其输出。
然后，有源触笔尽可能简单地被作为目标，因其连续地发出信号(至少在面板之上工作时)，且不需要任何接收部分来接收来自电容触摸装置的任何信号。
有源触笔的X和Y坐标的检测不影响正常的手指触摸操作，因其在电容触摸装置处于重置阶段时执行。该检测可能由于未被用于手指触摸检测的时间空档的利用以及手指触摸系统的非理想化因素，尤其是电荷传感器的非理想化因素。电容触摸装置包括至少一个电荷传感器，电荷传感器包括：
-电荷传感器放大器，包括输入和输出，以及
-开关，其位于该输入和该输出之间，开关被设置为开启和闭合。
有利地，电荷传感器放大器被设置为用于通过当该开关闭合时的该开关的非零电阻值将有源触笔的信号从其输入传输至其输出，以便连接电荷传感器放大器的输入与输出。
在一个优选的实施例中，重置阶段对应于开关闭合期间的时间段，以便连接电荷传感器放大器的输入与输出。
根据本发明的可能的独立的方面的电容触摸系统包括：
-有源触笔，该有源触笔包括被配置以连续发出信号的振荡器，
-电容触摸装置，其包括由标记依序启用的多个行或线路，其中每当启用行或线路时，其被配置为处于重置阶段，随后是手指触摸感测阶段，与该重置阶段不同，手指触摸仅在该手指触摸感测阶段期间被感测，有源触笔仅在该重置阶段期间被感测。
在另一个实施例中，每当启用行或线路时，其被配置为处于手指触摸感测阶段，随后是重置阶段，不同于该手指触摸感测阶段，手指触摸仅在该手指触摸感测阶段期间被感测，有源触笔仅在该重置阶段期间被感测。
换言之，当行Y[i]通过标记被启用(不同于Y[i]的其它行被连接至地)时，行Y[i]被放入高阻抗模式以检测笔在电容触摸装置的线路Y[i]上的可能存在，且所有列(依序地或同时地)检测电容触摸装置(重置阶段)上笔的可能的X坐标。该重置阶段之后是手指触摸感测阶段，在手指触摸感测阶段期间行Y[i]不再处于高阻抗模式且电容触摸装置的所有列(依序地或同时地)检查电容触摸装置上是否存在触摸。
当行Y[i]完成手指触摸感测阶段时，标记启用下一行Y[i+1]且Y[i]被连接至地。不同于Y[i]和Y[i+1]的其它行保持连接至地。当行Y[i+1]被标记启用时，首先行Y[i+1]被放入高阻抗模式以检测笔在行Y[i+1]上的可能存在，且所有列(依序地或同时地)检测电容触摸装置(重置阶段)上笔的可能的第二坐标X。然后行Y[i]离开高阻抗模式且电容触摸装置的所有列(依序地或同时地)检查电容触摸装置(手指触摸感测阶段)上是否存在触摸。
当行Y[i+1]完成手指触摸感测阶段时，标记启用下一行Y[i+2]且行Y[i+1]被连接至地等。
根据本发明的用于电容触摸系统的方法包括以下步骤：
-仅在手指触摸感测阶段感测一个或多个手指触摸，
-在重置阶段感测来自有源触笔的信号。
有利地，感测来自有源触笔的信号包括：
-当开关闭合时，通过电荷传感器放大器的开关的非零电阻值将有源触笔的信号从电荷传感器放大器的输入传输至输出，以便连接该输入与该输出。
有利地，该方法还可包括以下步骤：
-将来自有源触笔的编码的和/或调制的笔数字数据传输至电容触摸装置中，
-在分开两个相邻帧的时间期间通过电容触摸装置提取数据，每个帧对应于标记从电容触摸面板的第一行到最后一行循环的时间。
附图说明
通过借助于示例给出以及附图所示的实施例的描述，本发明将会被更好的理解，其中：
图1示出已知电容触摸装置的视图。
图2示出包括有预驱动器和驱动器的已知电荷驱动器的视图。
图3示出图2的预驱动器和驱动器的实施例。
图4显示图3的电荷驱动器的时序图的示例。
图5示出已知电荷感测放大器的视图。
图6示出图5的电荷感测放大器的时序图的示例。
图7示出已知电荷传感器的一部分的视图。
图8示出根据本发明的有源触笔的实施例。
图9示出根据本发明的有源触笔的另一实施例。
图10示出在其重置阶段期间的电荷感测放大器的视图。
图11示出图10的电荷感测放大器在重置阶段期间的包括重置开关的限定的接通电阻的影响与电荷感测放大器的运算放大器的有限的增益带宽乘积的影响的增益传递函数。
图12示出根据本发明的电荷传感器的实施例。
图13a和图13b分别地示出根据本发明的电荷传感器的另一实施例的第一部分和第二部分。
图14示出根据本发明的电荷驱动器的预驱动器和驱动器的实施例。
图15示出根据本发明的电荷驱动器的第一实施例。
图16示出根据本发明的电荷驱动器的第二实施例。
图17示出根据本发明的电荷驱动器的第三实施例。
图18示出SSADC(触笔信号振幅检测和转换)模块的实施例。
图19示出SDX(触笔数据提取器)模块的实施例。
图20示出根据本发明的与电容触摸系统相关联的时序图。
图21示出根据本发明的电容触摸装置的第一实施例。
图22示出根据本发明的电容触摸装置的第二实施例。
图23示出根据本发明的电容触摸装置的第三实施例。
具体实施方式
图8示出根据本发明的有源触笔800的实施例。有源触笔800包括以给定频率连续产生或发出信号的振荡器1。
在本发明的上下文中，表述“连续地发出信号”意为，当通电且不处于待机模式时，有源触笔800不间断地传输信号，至少在电容触摸装置上方工作时。
信号具有任意相位。换言之，触笔800与电容触摸装置200不同步。有利地，触笔缺少用于接收电容触摸装置相位信息的接收器，因为不要求与电容触摸装置200同步。
在优选的实施例中，信号是周期性的。任何周期性的波形可以被选择用于该信号，然而在优选的实施例中，该振荡器1产生正弦信号以使所需要的触笔信号带宽最小化并限制不期望的电磁辐射。
在图8的实施例中，触笔800包括用于将振荡器信号的放大的振幅提供至触笔尖端3的放大器2。在触笔尖端3和电容触摸装置200的检测XY电极之间，注入信号必须通过图8中通过注入阻抗4表示的本质上为电容性阻抗的不同的层(空气间隙、顶部屏幕玻璃等)。
图9示出根据本发明的有源触笔800的另一个实施例，其允许诸如尖端力或其它模拟的感测数据和/或开关状态的笔数据被发送至电容触摸装置200。关于图8中所示的基础实施例，有源触笔800包括信息编码器模块100，而且振荡器101还包括调制器。信息编码器模块100用于调制振荡器和调制器模块101的输出。在优选的实施例中，模块100包括曼切斯特(Manchester)编码器以便于时钟和数据恢复。在另一实施例中，模块100包括“1/43/4”编码器。在另一优选实施例中，振荡器和调制器模块101包括恒定包络调制器(constantenvelopemodulator)，为了其简易性和稳键性，优选为频移键控(FSK)调制器。然而，必须理解的是，本发明不限于曼切斯特编码器或FSK调制器，且同样可以通过其它编码方法和例如PSK调制的其它调制技术获得。在另一实施例中，有源触笔不包括任何编码器模块且使用例如NRZ(不归零)数据。
在图9的实施例中，有源触笔800包括用于感测信号的触笔上或内部的一个或多个模拟传感器107。例如，一个模拟传感器107可以通过力传输连接106被连接到触笔尖端3以感测使用者施加到触笔尖端3的力。在这种情况下，模拟传感器107可以例如使用包括一个或多个感测元件的计电桥(gaugebridge)来实施。在模拟传感器107的输出处的信息能够使用多工器111来选择然后通过ADC108转换且最后传输至信息编码器模块100。在另一实施例中，来自模拟传感器107的信息首先通过ADC108被转换然后通过多工器111来选择。
在优选的实施例中，有源触笔800包括一个或多个开关或按钮110。来自这些开关或按钮110的数字信号通过数字数据模块112馈送至用于编码的信息编码器模块100。
本发明的有源触笔因此尽可能的简单且不需要用于从电容触摸装置接收同步信息的任何接收器。于是，其制造容易且便宜。
所提出的有源触笔800不断地将注入至电容触摸装置，因此当触笔800的尖端3足够靠近电容触摸装置的表面时，注入的信号的衰减版本可以在电荷传感器的输出处被看到。触笔的最小的检测距离是包括触笔尖端3的几何结构、电容触摸装置200的特性以及触笔信号检测装置的性能(尤其是它们的信噪比性能)的多个参数的函数。在实践中，几毫米的波动距离例如少于10毫米可以被预期。
如所描述的，手指触摸的检测依赖于由电荷驱动器203引发且由电荷传感器204处理的相对较大的信号摆动的使用。这些活动发生在专用的时间空档期间，在此期间有用的触笔信号难以与正常的手指触摸电荷转换输出进行区分。
本发明的有利方面包括避免这些专用时间空档用于处理触笔信号。
如所描述的，电荷传感器的输入CSi一直位于虚拟地电平。为了传输触笔信号，所提出的系统使用与其非理想属性的结果相关联的电荷感测放大器305的重置模式，以便找到触笔800的X位置。
如参照图5所述的，当信号CSAr被主张时，开关Sw1闭合且电荷感测放大器305处于偏移存储模式(或重置模式)并且没有在手指触摸检测过程中活动。
图10示出在该重置模式期间电荷感测放大器305在来自有源触笔的信号注入点(Vin)和电荷感测放大器的输出Vout之间的视图。电容Cin代表将触笔800的注入点连接至运算放大器305的负输入的有效电容。因为电荷感测放大器305的开关Sw1是非理想的，所以其“ON”电阻值不是0Ω，且其在图10中通过电阻器Ron来表示。
忽略运算放大器305的缺陷(有限开环增益A0和增益带宽乘积GBW)，其传递函数Vout/Vin由下式给出：
Vout/Vin＝(-j·Ron·Cin·ω)/(1+j·Ron·Cfb·ω)
该传递函数在起点展示为零，因此对应高通滤波活动。限定术语“-Cin/Cfb”当ω→∞时代表用于非常高频率的最大增益。
当引入运算放大器的缺陷时，这些术语进一步限定在超过增益带宽乘积(GBW)值的高频率处的增益。总的来说，传递Vout/Vin展示具有超过运算放大器的增益带宽乘积的高频率衰减通常很少MHz例如少于10MHz的带通特性。这示出在图11中。
当从有源触笔发出的信号的频率被恰当的选取时，例如当从有源触笔发出的信号的频率属于在重置模式下的电荷感测放大器305的带通特性的频率范围时，尽管衰减，但在重置模式下的触摸面板和CSA的组合能够在重置模式下传输CSA的输出处的信号。该信号包含确定有源触笔的X坐标的信息。
图12示出根据本发明的电荷传感器208的第一实施例。其可以被用于根据图21和图22的实施例的电容触摸装置中。其与图7的已知的电荷传感器204不同，因为其包括用于将有源触笔800的X坐标(styx[k:0])传递至数字信号处理模块(DSP)的模块312，其被称为触笔信号振幅检测和转换(SSADC)。
图18示出一般的SSADC模块的示例。其包括滤波器601，随后是放大器602。在优选的实施例中，滤波器601是带通滤波器以便只将感兴趣的频率即只将从有源触笔800发出的信号的频率馈送至放大器。放大器602的输出被馈送至峰值检测器603，其被设置为用于在回路被主张的信号“en”(启用)启用的时间期间存储来自有源触笔的输入信号所展现的最大振幅。最后，该峰值振幅通过模拟数字转换器(ADC)604被转换，产生包括触笔坐标styc[k:0]的数字坐标信息以用于进一步的处理。
SSADC模块可以被放置在如图21和图22的实施例中所示的每一个电荷传感器208中，或可以被放置在如图23的优选实施例中所示的“N”个电荷传感器213的每一个中。
在图23的优选实施例中，多工器214例如N至1多工器，依序地将“N”个电荷传感器213的输出连接至信号SSADC模块215。m/NSSADC模块215的输出然后通过触笔坐标数据采集模块209被馈送至DSP。该实施例的电荷传感器213的细节被示出在图13a和图13b中。
当电荷传感器处于感测模式以检测一个或多个手指触摸时，它们的输出触笔坐标数据采集模块209通过触摸列数据采集模块205被馈送至DSP。
在DSP中，触摸和/或触笔800的坐标将例如通过使用WO2012034715中描述的方法及以非限制的方式来计算。在另一实施例中，在电容触摸装置200上的触笔尖端3的精确位置需要来自几个邻近行和几个邻近列的数据，因为必须产生一些形式的2D插值。由于注入信号的有源属性及由于减小的尖端直径，该插值可能与用于手指触摸定位的技术不同。
电荷驱动器在行线路的输入处通常展示低阻抗值。为了读取来自有源触笔800的信号，有必要在不用于手指触摸检测的时间空档期间即优选地因为电荷驱动器在电荷传感器的重置阶段期间通常处于非活动模式所以在该电荷传感器的重置阶段期间将当前标记tk所选择的电荷驱动器放置到高阻抗模式中。
图14示出根据本发明的电荷驱动器的预驱动器和驱动器的实施例。关于图3的已知的预驱动器和驱动器，其包括包含在由虚线所定义的区域中的模块，即高阻抗控制输入(信号hiz)，其通过模块38馈送至布尔与逻辑门(BooleanANDlogicgate)35、36和37。布尔与逻辑门35被放置在高侧驱动器25和高侧开关28之间，布尔与逻辑门36被放置在非活动状态的驱动器26和静止侧开关32之间，以及布尔与逻辑门37被放置在低侧驱动器27和低侧开关30之间。
由于高阻抗控制输入(信号hiz)，电荷驱动器的高侧开关28、低侧开关30和静止侧开关32可以被强制进入OFF状态，使得当其不用于手指触摸检测时电荷驱动器进入高阻抗模式。
特别地，在触笔的监听阶段实际需要放置在OFF状态的是静止侧开关32，在这个特定时间，高侧开关28和低侧开关30分别在原则上已转为OFF。
如所预期的，在优选实施例中，电荷驱动器在对应于电荷传感器的重置阶段的时间空档进入高阻抗模式。事实上，电荷驱动器通常在这个时间窗口期间以由Vr限定的恒定的DC电平空载。
图15示出根据本发明的且例如用在图21的电容触摸装置中的电荷驱动器206的第一实施例。其包括通过标记输入tk和rxtxb信号的布尔与逻辑模块505的输出504启用的SSADC块506。
rxtxb信号被定义为当CD信号非活动时被主张的信号。在一个示例中，rxtxb信号被定义为当触摸驱动器不用于手指触摸检测时所主张的信号。在优选实施例中，该rxtxb信号在CSAr信号(例如在图6中可见)被主张时被主张，使得rxtxb信号在电荷感测放大器的重置模式期间被主张。在这种情况下有可能利用由CSAr信号给出的自动地产生以用于手指触摸检测的时序。
在另一个实施例中，rxtxb信号与CSAr信号不对应且这两个信号之间的时间转换可以以人工或自动的方式进行调节。在一个实施例中，这种调节由于控制寄存器而被手动地设置。
因此，SSADC块506可以被钩连至电容触摸装置处的行以确定触笔Y坐标styy[k:0]。这些坐标通过图21中可见的Y有源触笔和笔数字数据模块207被发送至DSP。
因为每次只有一个标记tk是活动的，所以，在优选实施例中，信号SSADC211被所有的电荷驱动器共享。图17和图22和图23中示出该优选的电荷驱动器的示例。在这种情况下，线或线路(图17中的信号“WO”)可能通过开关Sw2被钩连到电荷驱动器输出CD。该开关Sw2每当由信号rxtxb所定义的标记tk和时间空档被主张时通过使用布尔与逻辑模块505来激活。
在图22和图23中所有的线或线路被一起连接并钩连至单个SSADC块211。这也可以在图20中提出的时序图中看到，其中用于触笔Y定位的正弦波电平的测量以由标记tk的循环所施加的速率依序地执行。
为了平衡在电容触摸装置X和Y的边界处的阻抗，未被循环的标记tk所选择的CD驱动器可能可以使用不同于由静止侧开关32所施加的阻抗的另一阻抗来加载。换言之，当被主张的CD驱动器确实处于高阻抗且其行被钩连至线或线路上时，未被选择的CD驱动器使未被选择的行呈现给定阻抗。
线或线路(信号“mxrow”)可能在由用于通过SSADC块211处理的信号“rxtxb”施加的时间空档期间传递触笔信号。
通过继续：
-图21的实施例：
有源触笔的X坐标：每个电荷传感器208(对应于图12的实施例)包括允许在电荷传感器208的重置模式期间确定有源触笔800的X坐标styx[k:0]的SSADC模块312；X坐标styx[k:0]通过X触笔坐标数据采集模块209＇被发送至DSP。
有源触笔的Y坐标：每个电荷驱动器206(对应图15的实施例)包含允许以rxtxb信号确定的速率确定有源触笔800的Y坐标styy[k:0]的SSADC模块506。在优选实施例中，该rxtxb信号在电荷传感器的重置模式期间被主张，使得有源触笔800的Y坐标styy[k:0]在电荷传感器208的重置模式期间被确定。Y坐标styy[k:0]通过Y触笔坐标数据采集模块207被发送至DSP。
-图22的实施例：
有源触笔的X坐标：如同用于图21的实施例。
有源触笔的Y坐标：信号SSADC211被所有电荷驱动器210(对应于图17的实施例)共享。有源触笔800的Y坐标styy[k:0]的确定以由rxtxb信号确定的速率被执行。在优选实施例中，该rxtxb信号在电荷传感器的重置模式期间被主张，以便有源触笔800的Y坐标styy[k:0]在电荷传感器208的重置模式期间被确定。
Y坐标styy[k:0]通过与用于确定X坐标相同的触笔坐标数据采集模块209被发送至DSP。
-图23的实施例：
有源触笔的X坐标：信号SSADC215由N个电荷传感器213(对应图13a和图13b的实施例)共享。有源触笔800的X坐标styx[k:0]的确定在电荷传感器213的重置模式期间被执行。
X坐标styx[k:0]通过与用于确定Y坐标相同的触笔坐标数据采集模块209被发送至DSP。
有源触笔的Y坐标：如同用于图22的实施例。
所提出的用于找到有源触笔800的X和Y坐标的方式及图21-图23未示出的方式的任何组合是可能的。例如可以如图23中所示的找到有源触笔800的X坐标以及如图21中所示的找到有源触笔800的Y坐标。
对于手指触摸检测，使用存储对应于由“m”个列信号所组成的“n”个行的顺序采集的数字数据的至少一个帧获取参考图像。该方案可以被重复用于如图21和图22所示的触笔参考图像采集。
当触笔位置和注入条件在帧内没有明显改变时，这意味着被假定为Y位置的弱函数的X坐标数据将被均分“n”次。换言之，非常相似的X数据将被获取“n”次。这是提出图23中的优选实施例的原因。因为N至1多工器214被用于X确定，m*(N-1)/N冗余数据在每行采集期间丢失。在行数“n”在“N”之前较大的情况下，每列X坐标将被均分m/N次用于每个被获取的帧。用于实施触笔的X和Y坐标的确定的这些多种可能性允许权衡其定位的复杂性与准确性。
在图9的实施例中，有源触笔800可能将被编码且被注入到电容触摸装置200中的“笔数字数据”作为调制波传输。当触笔不断地发出且与电容触摸装置200不同步时，为了在不干扰手指触摸检测系统的情况下提取这些数据，数据处理器必须利用足够长的、持续的时间空档以便从进入的数据流中定位并提取笔数据(“有效载荷”)。
为了那个目的，所提出的系统利用分离两个帧且将被称为“TP_frame_sync”的时间。其在图20中的首行可见。
图20示出选择给定行的从第一行(Y[1])至最后一行(Y[n])循环的标记tk。在循环回到第一行并开始扫描另一帧之前，存在以被主张的信号“frx”为特征的可用时间空档，即TP_frame_sync期间。
如图17中所示，由于布尔或逻辑模块507，不考虑标记tk和rxtxb输入信号，被主张的信号“frx”使全部电荷驱动器被放置在高阻抗模式中。因此，信号“WO”收集来自电容触摸装置200的所有行的可能被注入的信号且可能将触笔调制数据连接至图22和图23中可见的触笔数据提取器(SDX)模块212的输入。
图19中示出这样的SDX模块212的示例。当通过信号“en”被启用时，被连接至图22和图23的实施例中的线路“mxrow”的“cdi”输入信号首先通过解调器701被解调以提取数据流，然后时钟和数据在时钟数据恢复(CDR)模块702内被恢复。最后，有效载荷从数据流中被识别且通过数据提取器和串并转换器模块704反序列化以产生并行字styd[1:0]。
在图21的实施例中，每个电荷驱动器206包括SDX模块509，如在图15上可见。在这种情况下，图21中的模块207不仅允许有源触笔800的Y坐标的确定，而且允许笔数字数据的确定。
在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，对本发明的所述实施例的多种修改和变型对本领域技术人员而言将是显而易见的。尽管已经结合特定优选的实施例对本发明进行了描述，但应被理解的是，如要求保护的本发明不应被不当地限制于这种特定的实施例。

Claims (15)

1.一种电容触摸系统，其包括：
有源触笔(800)，所述有源触笔(800)包括振荡器(1、101)，所述振荡器(1、101)被配置以持续发射信号；
电容触摸装置(200)，其被配置以处于重置阶段(1000)，随后是手指触摸感测阶段(2000)，不同于所述重置阶段(1000)，手指触摸仅在所述手指触摸感测阶段(2000)期间被感测，
其中所述电容触摸装置(200)被配置以在所述重置阶段(1000)期间感测来自所述有源触笔(800)的所述信号，
其中所述电容触摸装置(200)包括至少一个电荷传感器(208、213)，所述电荷传感器(208、213)包括
-电荷传感器放大器(305)，所述电荷传感器放大器(305)包括输入(CSi)和输出(csaout)，以及
-开关(Sw1)，其位于所述输入(CSi)和所述输出(csaout)之间，所述开关(Sw1)被设置以打开和闭合，
所述电荷传感器放大器(305)被设置为用于当所述开关(Sw1)闭合时将所述有源触笔(800)的信号从所述输入(CSi)通过所述开关(Sw1)的非零电阻值(Ron)传输至所述输出(csaout)，以便将所述输入(CSi)与所述输出(csaout)连接。
2.根据权利要求1所述的电容触摸系统，所述重置阶段(1000)对应所述开关(Sw1)闭合期间的时间段，以便将所述输入(CSi)与所述输出(csaout)连接。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的电容触摸系统，其中所述电容触摸装置(200)包括通过标记(tk)被依序启用的多个线路(Y[1]、…、Y[n])，其中每当启用线路时，其被配置为处于随后是所述手指触摸感测阶段(2000)的所述重置模式(1000)中，手指触摸仅在所述手指触摸感测阶段(2000)期间被感测，有源触笔仅在所述重置阶段期间被感测。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的电容触摸系统，其中从所述有源触笔(800)发射的信号的频率属于在所述重置模式(1000)中的所述电荷感测放大器(305)的带通特性的频率范围。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的电容触摸系统，其中每个电荷传感器(208)包括用于计算所述有源触笔(800)的X坐标的触笔信号振幅检测和转换模块(312)。
6.根据权利要求1至4中的一项所述的电容触摸系统，包括至少一个N至1多工器(214)，其被设置为用于依序地将N个电荷传感器(213)的输出连接至用于计算所述有源触笔(800)的X坐标的单一触笔信号振幅检测和转换模块(215)。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的电容触摸系统，包括至少一个电荷驱动器(206、210)，每个电荷驱动器(206、210)被配置为用于响应于输入信号(tk)将驱动信号编址至所述电容触摸装置(200)的对应行，其中所述电荷驱动器(206、210)被配置为在不用于所述手指触摸检测的时间空档期间处于高阻抗模式中，以便读取来自所述有源触笔(800)的信号。
8.根据权利要求7所述的电容触摸系统，其中每个电荷驱动器(206、210)包括：
-高侧开关(28)，
-低侧开关(30)，
-静止侧开关(32)，
-高侧驱动器(25)，
-低侧驱动器(27)，
-静止侧驱动器(26)，
-布尔与逻辑门(35)，其放置于所述高侧驱动器(25)和所述高侧开关(28)之间，
-布尔与逻辑门(37)，其放置于所述低侧驱动器(27)和所述低侧开关(30)之间，
-布尔与逻辑门(36)，其放置于所述静止侧驱动器(26)和所述静止侧开关(32)之间，
-高阻抗控制输入(hiz)，其被设置为强制所述高侧开关(28)、所述低侧开关(30)和所述静止侧开关(32)处于OFF状态中且然后处于所述高阻抗模式中。
9.根据权利要求7或8中的一项所述的电容触摸系统，其中在所述电荷驱动器(206、210)不用于所述手指触摸检测期间的所述时间空档对应于所述重置阶段(1000)。
10.根据权利要求7至9中的一项所述的电容触摸系统，其中每个电荷驱动器(206)包括用于计算所述有源触笔(800)的Y坐标的触笔信号振幅检测和转换模块(506)。
11.根据权利要求7至9中的一项所述的电容触摸系统，包括用于全部所述电荷驱动器(210)用于计算所述有源触笔(800)的Y坐标的单一触笔信号振幅检测和转换模块(211)。
12.根据权利要求11所述的电容触摸系统，包括通过开关(Sw2)被连接至每个电荷驱动器(210)的输出(CD)的线或线路(WO)，其当限定所述电荷驱动器(210)不被用于所述手指触摸检测期间的时间空档的标记(tk)和信号(rxtxb)被主张时被启用，所述线或线路(WO)被连接至所述单一触笔信号振幅检测和转换模块(211)。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的电容触摸系统，其中所述有源触笔(800)包括用于将编码的和/或调制的笔数字数据传输至所述电容触摸装置(200)中的编码器(101)和/或调制器(101)，所述电容触摸装置(200)被设置以在分离两个连续帧(TP_frame_sync)的时间期间提取所述数据，每一帧对应于所述标记(tk)从所述电容触摸面板(200)的第一行(Y[1])循环至最后一行(Y[n])期间的时间。
14.一种用于包括有源触笔(800)和电容触摸装置(200)的电容触摸系统的方法，
所述有源触笔(800)包括振荡器(1、101)，所述振荡器(1、101)被配置以便持续地发射信号，
所述电容触摸装置(200)包括至少一个电荷传感器(208、213)，所述电荷传感器(208、213)包括
-电荷传感器放大器(305)，所述电荷传感器放大器(305)包括输入(CSi)和输出(csaout)，以及
开关(Sw1)，其位于所述输入(CSi)和所述输出(csaout)之间，所述开关(Sw1)被设置为打开和闭合，
所述方法包括以下步骤：
-仅在手指触摸感测阶段(2000)期间感测一个或多个手指触摸，
-在不同于所述手指触摸感测阶段(2000)的重置阶段(1000)期间感测来自所述有源触笔(800)的所述信号，
所述感测来自所述有源触笔(800)的所述信号包括：
-当所述开关(Sw1)闭合以将所述输入(CSi)与所述输出(csaout)连接时将所述有源触笔(800)的信号从所述输入(CSi)通过所述开关(Sw1)的非零电阻值(Ron)传输至所述输出(csaout)。
15.根据前述权利要求所述的方法，包括：
-将编码的和/或调制的笔数字数据从所述有源触笔(800)传输至所述电容触摸装置(200)中，
-在分离两个连续帧(TP_frame_sync)的时间期间通过所述电容触摸装置(200)提取所述数据，每一帧对应标记(tk)从所述电容触摸面板(200)的第一行(Y[1])循环至最后一行(Y[n])期间的时间。
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