CN105637374B - 检测和区分来自不同尺寸导电体在电容式按键上的触控 - Google Patents

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Abstract

电容式按键以及对来自不同尺寸的导电体在电容式按键上的触控进行检测和区分的装置及方法。一种装置包括电容感应电路，其中电容感应电路运行以在感测参数被设置为第一值的情况下对来自第一感测元件和第二感测元件的信号进行测量。第一感测元件的内周界被设置为(至少部分地)包围第二感测元件的外周界。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，处理逻辑检测并将用于感测参数的第一值调整到第二值。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，电容感应电路在感测参数被设置为第二值的情况下运行以对来自第二感测元件的附加信号进行测量。

Description

检测和区分来自不同尺寸导电体在电容式按键上的触控
相关申请
本申请要求对2013年10月7日提交的美国临时专利申请第61/887,868号的权益，该专利申请的全部内容以引用方式被并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及感测系统，且更具体地涉及可配置以对来自不同尺寸导电体在电容式按键上的触控进行检测和区分的电容感测系统。
背景
电容感测系统可以感测在电极上生成的反映电容变化的电信号。电容的这些变化可以指示人类触控事件(即，物体接近特定的电极)。电容式感测元件可以被用于替代机械按键、把手和其他类似的机械式用户界面控件。电容式感测元件的使用允许复杂的机械式开关和按键的淘汰，提供了在严酷条件下可靠的运行。另外，电容式感测元件被广泛地应用在现代客户应用中，在现有的产品中提供新的用户界面选项。电容式感测元件可以从单个按键变化到被布置为电容式感测阵列的形式的用于触控感测表面的大量按钮。
利用电容式感测按键或阵列的设备普遍存在于今天的工业和消费者市场中。它们可以在移动手机、GPS设备、机顶盒、相机、电脑屏幕、MP3播放器、数字平板电脑等等中被发现。电容式感测阵列通过测量电容式感测元件的电容并寻找指示导电体的触控和出现的在电容上的Δ增量来工作。当导电体(例如，手指、手或其他物体)开始与电容感测元件接触或靠近电容感测元时，电容改变且导电体被检测到。电容式触控感测元件的电容变化可以被电路测量到。电路将电容式感测元件的被测量的电容转换到数字值。
有两种典型类型的电容：1)互电容，其中电容感应电路对电容器的两个电极都有接入；2)自电容，其中电容感应电路仅对电容器的一个电极有接入，其中第二电极与DC电压电平相连或者被寄生地耦合到接地。触控面板有类型(1)和(2)两种电容的分布式负载，并且赛普拉斯的触控解决方案以惟一或者以其各种感测模式的混合的形式来感测两种电容。
发明内容
根据本公开的实施方式包括以下内容：
1)一种装置，其包括：
电容感应电路，所述电容感应电路被耦合到电容式按键，所述电容式按键包括第一感测元件和第二感测元件，其中，所述电容感应电路在感测参数被设置为第一值的情况下运行以对来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的信号进行测量，其中，所述信号与所述第一感测元件和所述第二感测元件的电容相对应，以及其中，所述第一感测元件的内周界被设置为包围所述第二感测元件的外周界；以及
处理逻辑，所述处理逻辑被耦合到所述电容感应电路，其中，所述处理逻辑运行，以便：
基于测得的信号检测所述第一感测元件是否由接近所述电容式按键的导电体所激活；
基于所述测得的信号检测所述第二感测元件是否由接近所述电容式按键的所述导电体所激活；以及
当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，将用于所述感测参数的所述第一值调整为第二值，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下，所述电容感应电路运行以对来自所述第二感测元件的附加信号进行测量，以及当所述第二感测元件和所述第一感测元件被激活时，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下，所述电容感应电路运行以对来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的附加信号进行测量。
2)根据1)所述的装置，其中，所述电容是所述第一感测元件和所述第二感测元件的自电容。
3)根据1)所述的装置，其中，所述电容感应电路运行以驱动在所述电容式按键的第三感测元件上的第一驱动信号，其中，所述电容包括在所述第三感测元件和所述第一感测元件之间的第一互电容以及在所述第三感测元件和所述第二感测元件之间的第二互电容。
4)根据3)所述的装置，其中，所述第一感测元件的内周界被设置为包围所述第三感测元件的外周界，且所述第三感测元件的内周界被设置为包围所述第二感测元件的外周界。
5)根据1)所述的装置，其中，所述处理逻辑运行以基于在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下测得的信号对第一类型的导电体和第二类型的导电体进行区分，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，所述导电体是所述第一类型，且当所述第一感测元件和所述第二感测元件均被激活时，所述导电体是所述第二类型。
6)根据5)所述的装置，其中，所述第一类型的导电体是触笔，以及所述第二类型的导电体是手指。
7)根据1)所述的装置，其中，所述感测参数是所述电容感应电路的灵敏度，其中，所述第一值小于所述第二值。
8)一种装置，其包括：
处理设备，所述处理设备被耦合到电容式按键，所述电容式按键包括至少两个电极，所述至少两个电极被设置为使得所述至少两个电极中的第一电极的内周界包围所述至少两个电极中的第二电极的外周界，其中，所述处理设备运行，以便：
对由接近所述电容式按键的导电体引起的所述第一电极和所述第二电极的激活的组合进行检测；以及
基于所述激活的组合，对第一类型的导电体和第二类型的导电体进行区分。
9)根据8)所述的装置，其中，所述激活的组合包括来自所述第一电极和所述第二电极的测得的信号的组合，其中，所述测得的信号的组合是所述第一电极和所述第二电极的自电容测量的结果。
10)根据8)所述的装置，其中，所述处理设备还运行以对所述电容式按键的所述至少两个电极中的第三电极施加第一驱动信号，其中，所述激活的组合包括来自所述第一电极和所述第二电极的测得的信号的组合，其中，测得的接收信号的所述组合是在所述第三电极和所述第一电极之间以及在所述第三电极和所述第二电极之间的互电容测量的结果。
11)根据10)所述的装置，其中，所述第三电极的内周界至少部分地包围所述第二电极的外周界，且所述第一电极的内周界至少部分地包围所述第三电极的外周界。
12)根据8)所述的装置，其中，所述处理设备包括耦合到所述第一电极和所述第二电极的电容感应电路，其中，所述电容感应电路运行以对所述第一电极的第一自电容和所述第二电极的第二自电容进行测量，其中，所述处理设备运行以将所述第一自电容和所述第二自电容与一个或多个阈值进行比较，以检测所述激活的组合。
13)根据8)所述的装置，其中，所述处理设备包括电容感应电路，所述电容感应电路被耦合到所述电容式按键的所述至少两个电极中的所述第一电极和所述第二电极以及第三电极，其中，所述电容感应电路运行以对在所述第三电极和所述第一电极之间的第一互电容和在所述第三电极和所述第二电极之间的第二互电容进行测量，其中，所述处理设备运行以将所述第一互电容和所述第二互电容与一个或多个阈值进行比较，以检测所述激活的组合。
14)一种方法，其包括：
由在感测参数被设置为第一值的情况下被编程的电容感应电路对来自电容式按键的第一感测元件和第二感测元件的信号进行测量，其中，所述信号对应于所述第一感测元件和所述第二感测元件的电容，以及其中，所述第一感测元件的内周界被设置为包围所述第二感测元件的外周界；
基于测得的信号，由处理逻辑检测所述第一感测元件是否被接近所述电容式按键的导电体所激活；
基于所述测得的信号，由所述处理逻辑检测所述第二感测元件是否被接近所述电容式按键的所述导电体所激活；
当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，由所述处理逻辑将用于所述感测参数的所述第一值调整到第二值；以及
当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下由所述电容感应电路测量来自所述第二感测元件的附加信号。
15)根据14)所述的方法，还包括当所述第二感测元件和所述第一感测元件被激活时，在所述感测参数设置为所述第一值的情况下，由所述电容感应电路测量来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的附加信号。
16)根据14)所述的方法，其中，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下的所述测量和在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下的测量包括对所述第一感测元件和所述第二感测元件的自电容进行测量。
17)根据14)所述的方法，还包括由所述电容感应电路驱动在所述电容式按键的第三感测元件上的第一驱动信号，并且其中，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下的所述测量和在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下的测量包括对在所述第三感测元件和所述第一感测元件之间的第一互电容和在所述第三感测元件和所述第二感测元件之间的第二互电容进行测量。
18)根据14)所述的方法，还包含由所述处理逻辑基于在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下测得的信号对第一类型的导电体和第二类型的导电体进行区分，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时所述导电体是所述第一类型，以及当所述第一感测元件和所述第二感测元件均被激活时所述导电体是所述第二类型。
19)根据14)所述的方法，还包含由所述处理逻辑对作为所述导电体的触笔和手指进行区分，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时所述导电体是所述触笔，以及当所述第一感测元件和所述第二感测元件均被激活时所述导电体是所述手指。
20)根据14)所述的方法，其中，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下的所述测量包括利用第一灵敏度值对来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的信号进行测量，其中，在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下对所述附加信号的所述测量包括利用第二灵敏度值对所述附加信号进行测量，其中，所述第一灵敏度值小于所述第二灵敏度值。
附图说明
以示例的方式而非限制的方式将本发明示出在附图的图中。
图1示出了根据一种实现的电容式按键。
图2示出了根据一个实施例的电容式按键。
图3示出了根据另一个实施例的电容式按键。
图4示出了包含处理设备的电子系统400的一个实施例的框图，该处理设备可以被配置为测量电容式按键421的电容。
图5是示出对电容式按键的触控数据进行处理的电子系统的另一个实施例的框图。
图6示出了根据一个实施例的具有手指触控的数字转换器的电容输出。
图7是根据一个实施例的对电容式按键进行感测的方法的流程框图。
图8示出了根据另一个实施例的两个电容式按键。
图9是根据一个实施例的具有一个触控屏和两个电容式按键的移动设备的框图。
具体实施方式
在下文的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以提供对本发明的整体理解。然而，对于本领域的技术人员来讲明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他的实例中，没有详细地示出公知的电路、结构和技术，而是在框图中示出，以避免不必要地模糊本说明的理解。
在说明书中，对“一个实施例(one embodiment)”或“实施例(an embodiment)”的引用，是指在本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的特定特征、结构或特性。在本说明书中位于不同位置的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”不必指代相同的实施例。
电容式按键以及对在电容式按键上的来自不同尺寸的导电体的触控进行检测和区分的装置及方法。一种装置包括耦合到电容式按键的电容感应电路。电容式按键包括第一感测元件和第二感测元件。电容感应电路运行以在感测参数被设置为第一值(也称作调谐属性)的情况下测量来自第一感测元件和第二感测元件的信号。信号与第一感测元件和第二感测元件的电容相对应。第一感测元件的内周界被设置为包围第二感测元件的外周界。应当注意到，如本文使用的“包围(surround)”指的是感测元件被设置为以环形的方式完全地包围另一个感测元件或者包围另一个感测元件的大部分。换言之，对于恰当的操作，外部的感测元件完全地包围内部的感测元件不是必需的。例如，感测元件可以具有防止外部感测元件完全地包围内部感测元件、但包围内部感测元件的大部分或内部感测元件的大多半的外形。装置还包括耦合到电容感应电路的处理逻辑。处理逻辑基运行以于被测量的信号检测第一感测元件是否被接近电容式按键的导电体所激活。处理逻辑基于被测量的信号检测第二感测元件是否被接近电容式按键的导电体所激活。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，处理逻辑将感测参数调整到第二值。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，电容感应电路运行以在感测参数被设置为第二值的情况下对来自第二感测元件的附加信号进行测量。当第一和第二感测元件被激活时，电容感应电路在感测参数被设置为第一值的情况下对来自第一感测元件和第二感测元件的附加信号进行测量。在一些实施例中，第二感测元件的表面区域被第一感测元件至少部分地包围。在其他的实施例中，第一感测元件包围第二感测元件的一块区域。在其他的实施例中，第一感测元件的至少一部分至少部分地位于第二感测元件的外周界的外部。在其他的实施例中，可以使用该技术检测来自具有1mm、3mm、5mm和10mmm直径的物体的触控。对每一种直径，需要用于感测参数的应当为离散的数值。在其他的实施例中，可以增加比只有两个感测元件(内部感测元件和外部感测元件)更多的感测元件。例如，附加的感测元件可以增加对多种尺寸的物体的检测的精确度。
应当注意到，在此处描述的实施例中讨论的电容式按键已经具有感测元件。感测元件是被设置在各种配置中的电极，并且电极的自电容或者在两个电极之间的互电容可以被测量以检测接近电容式感测按键的导电体。感测元件有时被称为传感器，但应当理解的是，传感器不包括测量电容的电路。而是，也可以被称为电容传感器的电容感应电路测量传感器(本文被称为电极或感测元件)的电容。本文描述的各种实施例可以被用在其他的触控感测技术中，而不仅在电容式按键中。
图1示出了根据一种实现的电容式按键100。照惯例，电容式按键100的实现可以被用于检测来自导电体的触控。电容式按键100可以包括电容感测元件102，其可以由触控控件(在图1中没有示出)调谐以检测特定尺寸或体积的导电体的触控。换言之，感测参数(例如电容式感测元件102的测量的灵敏度)可以被编程用于与电容式按键100相互作用的导电体的预期尺寸。尽管该感测参数可以是可调的以检测用于不同应用的导电体的不同尺寸，例如用于检测手指或检测触笔。换言之，在检测手指操作之前以一个灵敏度值对触控控件进行编程，以及在检测触笔操作之前以另外一个灵敏度数值对触控控件进行编程。使用传统的触控控件对具有两种不同尺寸和体积的导电体的触控进行有效地检测和区分是不可能的。例如，对来自一般有10mm直径的人类手指的触控和来自小的导电体(像3mm触笔)的触控进行有效地检测和区分是不可能的，这些解决方案在适应两者触控类型上有各种限制。触笔可以是其他的直径，像4mm、3mm或者1mm。电容式按键100包括用于背光的可选的孔103。电容式按键100被布置在触控区域205范围内。现今，用户经常以他们的手指和触笔来操作采用电容技术的设备。当前，对从较小的导电体到较大的导电体两者的触控进行检测的仅有的方法是使得电容感应电路更敏感以检测来自大导电体和小导电体两者的触控。这样可能对来自较大导电体的触控产生误触控或“悬停效应”。例如，使感测元件具有非常高的灵敏度以检测来自较小的物体的触控使得感测元件对来自较大的手指的触控极其敏感，从而对较大的手指产生“悬停”效应。这可能降低感测元件对外部噪声的免疫力并且在有外部噪声的情况下产生误触控。如此，使感测元件具有较高的灵敏度仅可以用于对来自小导电体的触控进行检测，却不能够对来自小和大手指的触控进行区分。
图2示出了根据一个实施例的电容式按键200。电容式按键200包括可以被用于对接近电容式按键200的导电体进行检测的第一感测元件202和第二感测元件204。电容式按键200包括用于可选的背光的可选的孔203。在其他的实施例中，不同尺寸的物体可以在有或没有可选的孔203的情况下被检测。电容式按键200被布置在触控区域205范围内。在该实施例中，触控区域205(或者物理的感测元件，例如先前被用于触控区域105的感测元件102)被分成两个不同的感测元件202、204。可将电容式按键200结合触控控件(例如包括电容感应电路和控制逻辑的处理设备)使用，以便对具有不同尺寸和体积的触控物体进行检测和区分。第一感测元件202被认为是外部感测元件(或外部电极)以及第二感测元件204被认为是内部感测元件204(或内部电极)。第一感测元件202的内周界被设置为至少部分或全部地包围第二感测元件204的外周界。这些感测元件202、204被连接到电容式触控控件(在图2中没有示出)的两个感测引脚(或终端或输入端)。如下文更详细地描述的，由外部感测元件202产生的信号被用于检测触控物体的尺寸，也被用于动态地修改由电容式触控控件使用的一个或多个调谐参数，以测量在内部感测元件204上的信号。内部感测元件204被用于对来自像手指的较大导电体的触控进行检测。然后，基于由外部感测元件202产生的信号，用于测量在内部感测元件204上的信号的电容式触控控件的一个或多个调谐参数被动态地修改，以对较大和较小导电体(例如手指和触笔)的触控进行检测和区分。在其他的实施例中，一旦将大导电体从较小的导电体中区分出来，感测元件202、204两者可以被一起用于追踪较大导电体的触控。类似地，一旦较小的物体被区分出来，感测元件202、204两者可以一起被用于追踪较小导电体的触控。在其他的实施例中，除两个感测元件之外的附加的感测元件可以被用于检测不同类型的导电体(例如，在手指和触笔之间或者在大手指和较小手指之间)。例如，多于两个感测元件的自电容的测量可以被用于以更高的精确度检测和区分多种手指尺寸。
外部感测元件202和内部感测元件204可以是像铜、氧化铟锡(ITO)、碳、银等等的导电材料。外部感测元件202和内部感测元件204可以被构造在印刷电路板(PCB)、触控屏、树脂玻璃等等上。
触控控件可以利用电容式按键200测量外部感测元件202和内部感测元件204的自电容。在其他的实施例中，触控控件可以测量电容式按键的互电容，例如对应图3被示出以及被描述的。
图3示出了根据另一个实施例的电容式按键300。电容式按键300包括可以被用于对接近电容式按键300的导电体进行检测的第一感测元件302和第二感测元件304以及第三感测元件306。电容式按键300包括用于可选的背光的孔303。电容式按键300被设置在触控区域305范围内。在该实施例中，触控区域305(或者物理的感测元件，例如先前被用于触控区域105的感测元件102)被分成三个不同的感测元件302、304、306。可将电容式按键300结合触控控件(例如包括电容感应电路和控制逻辑的处理设备)使用，以对具有不同尺寸和体积的触控物体进行检测和区分。第一感测元件302被认为是外部感测元件(或外部电极)，第二感测元件304被认为是内部感测元件304(或内部电极)，以及第三感测元件306被认为是中间感测元件306(或中间电极)。第一感测元件302的内周界被设置为至少部分或全部地包围第二感测元件304的外周界。第一感测元件302的内周界也被设置为包围第三感测元件306的外周界，以及第三感测元件306的内周界被设置为包围第二感测元件304的外周界。这些感测元件302、304、306被连接到电容式触控控件(在图3中没有示出)的三个感测引脚(或终端或输入端)。中间感测元件306可以被触控控件作为用于TX驱动信号的发送(TX)电极，以及外部感测元件302和内部感测元件304可以被触控控件作为接收(RX)电极以测量由TX信号施加到TX电极引起的在RX电极上的RX信号。如下文更详细地描述的，由外部感测元件302产生的信号被用于检测触控物体的尺寸，也被用于动态地修改由电容式触控控件使用的一个或多个调谐参数，以测量在内部感测元件304上的信号。内部感测元件304被用于对来自像手指的较大导电体的触控进行检测。然后，基于由外部感测元件302产生的信号，用于测量在内部感测元件304上的信号的电容式触控控件的一个或多个调谐参数被动态地修改，以对较大和较小导电体(例如手指和触笔)的触控进行检测和区分。在其他的实施例中，一旦将大导电体从较小的导电体中区分出来，感测元件302、304两者可以被一起用于追踪较大导电体的触控。类似地，一旦较小的物体被区分出来，感测元件302、304两者可以一起被用于追踪较小导电体的触控。
外部感测元件302、内部感测元件304和中间感测元件306可以是像铜、ITO、碳、银等等的导电材料。外部感测元件302、内部感测元件304和中间感测元件306可以被构造在PCB、触控屏、树脂玻璃等等上。
触控控件可以利用电容式按键300对在中间感测元件306和外部感测元件302之间的互电容以及在中间感测元件306和内部感测元件304之间的互电容进行测量。在其中使用两个感测元件(代替三个感测元件)的其他的实施例中，触控控件也可以对在两个感测元件之间的互电容进行测量连同对两个感测元件的自电容进行测量。
有两种类型的可以被用于测量电容式按键200、300的电容的电容感测方法：互电容感测和自电容感测。当使用自电容感测实施电容式按键的解决方案时，仅使用两个电极(内电极和外电极)。当跟内部感测元件相比时，外部感测元件可以在尺寸上很大。当手指(大手指)接近按键触控区域时，随着手指覆盖在外部感测元件电极的全部区域，外部感测元件产生大的信号。当使用较小的导电体(像较小的手指或触笔)触控按键时，外部感测元件没有区域被小的手指(或触笔)覆盖；因此，当电容式按键被小手指触控时，没有信号或较小的信号在外部感测元件上产生。基于外部感测元件产生的信号来调整内部感测元件的调谐特性，以检测触控。当外部感测元件电极没有产生信号或产生小信号时，内部感测元件被调谐以检测来自较小的手指(或触笔)的触控。当外部感测元件产生大信号时，该大信号指示较大的手指的出现；因此，内部感测元件的调谐属性被更改以检测大手指的触控。
当利用互电容感测法实施电容式按键的解决方案时，包括一个发送电极和两个接收电极的三个电极被用于感测。在一些实施例中，例如在图3中所示出的，发送电极是被布置在外部电极和内部电极之间的中间电极。将外部电极放置在围绕发送电极处，而将发送电极放置在围绕内部电极处。
此处描述的实施例实现对不同尺寸导电体(例如不同尺寸的手指)的检测。此处描述的实施例基于尺寸实现对不同类型的导电体的检测。换言之，如此处所述，实施例实现对手指触控与触笔触控的检测和区分。可以通过将感测元件中的至少一个调谐到较高的灵敏度检测来自小手指的触控。调谐感测元件使得感测元件对接近电容式按键的导电体的触控更敏感。有很高灵敏度的感测元件可以检测到来自较小物体(例如较小的手指或触笔)的触控。
此处描述的实施可以提供如常规的解决方案的各种优点和好处。例如，在没有使感测元件对来自较大的人类手指的触控过度地敏感的情况下可以检测到来自触笔的触控和来自较小的人类手指的触控。当实施触笔和手指触控时，实施例也可以避免在电容式按键上的“悬停”效应。当电容式按键被调谐到较高的灵敏度以检测较小的手指时，实施例可以避免或极大地降低来自电容式按键的误触控的概率。实施例可以使来自多种尺寸的手指(像10mm或较大的人类手指)、3mm触笔和1mm触笔的触控能够被检测到。实施例可以被用于不仅检测大手指和小手指的触控，而且还对大手指和小手指进行区分并报告在电容式按键上的被检测的触控是大手指或小手指的。此处描述的用于对触控进行检测并区分那些触控是触笔和手指的实施例没有额外的材料成本。同样，此处描述的实施例可以利用已存在的触控控件被实施。应当注意到，在上文的实施例中触控控件对电容式按键的电容进行测量。在其他的实施例中，其他的电路可以被用于对电容式按键的电容进行测量。在一个实施例中，包括电容感应电路和处理逻辑的处理设备可以被用于(如此处所描述的)测量电容，并对较大的导电体和较小的导电体进行区分。
当与传统解决方案相比较时，本文描述的实施例可以提供在电容式按键上的手指和无源触笔的触控检测而没有额外的成本或系统级别的实现复杂化。假设在电容式按键上的无源触笔的检测可以为用户提供无缝用户界面体验。本文描述的实施例可以用于触控屏应用中，以及用于其他的触控感应界面中。例如，电容式按键和操作电容式按键的对应的方法可以被实现在使用手指和触笔操作的产品中。这种产品的示例可以包括触控屏智能电话、平板电脑、移动手机、媒介设备、游戏机或者其他消费性电子产品。本文描述的实施例也可以被用于包括电器的各种设备的控制面板中。例如，为安全起见，控制面板可以将较小的手指(例如儿童的手指)从较大的手指中区分出来。同样，对不同尺寸的触控进行区分的能力可以被用于其中设备基于被检测的不同尺寸的触控实施不同的操作的其他的应用中。这些实施例可以被用于任何设备以实现在一个或多个电容式按键上进行触笔和手指检测。这可以允许设备有较好的直观的用户界面体验，也为这些类型的设备，尤其移动设备，创造更多的设计可能性。在其他的实施例中，自电容测量和互电容测量(例如关于图2和3所描述的)可以被用于实现耐水性的解决方案。例如，每个感测元件(内部感测元件和外部感测元件)可以被配置为被用于检测手指或触笔的自电容感测元件。然后，两个感测元件中的一个可以被配置为TX电极(内部电极或外部电极)，而两个感测元件中的另一个可以被配置为RX电极，并且在TX电极和RX电极之间的互电容可以被测量。自电容测量可以被用来检测不同尺寸的手指和触笔。水滴(其是非接地的导体)对于自电容测量和互电容测量具有不同的信号形状。信号形状的不同可以被用于对是水还是手指出现在感测元件上进行检测和区分，并且如此处所描述的，自电容测量可以被用于该识别物体是手指还是触笔。
本文描述的实施例也可以被用于对来自不同类型的触控物体的触控进行检测和区分，例如来自光手指的触控和来自被手套遮盖的手指的触控。例如，同有很大区域的戴着手套的手指相比较，触笔有小的笔尖并且在很有限的区域上触控传感器。然而，戴着手套的手指产生比没有手套的手指产生的信号小的信号。因此，对触笔、戴手套的手指和手指(没有手套)，信号的幅度和图形将是各自不同的。触笔还可以产生在内部感测元件上的小幅度的信号或者在外部感测元件上非常小的信号或没有信号。然而，同没有覆盖内部和外部感测元件两者的触笔相比较，戴手套的手指在内部和外部感测元件两者上都产生了小幅度的信号，因为戴手套的手指覆盖了内部和外部感测元件两者。同由戴手套的手指产生的信号相比，没有手套的手指在内部感测元件上产生了大幅度的信号，也在外部感测元件上产生了大幅度的信号。同样，在其他的实施例中，两个或更多的感测元件可以被联结在一起以组成用于不同目的的一个更大的感测元件。
图4示出了包括可以被配置为对电容式按键421的电容进行测量的处理设备410的电子系统400的一个实施例的框图。电子系统400包括耦合到处理设备410的电容式按键421。电容式按键421可以是电容式按键200或者电容式按键300。处理设备被耦合到主机450。在一个实施例中，复用器电路可以被用于将处理设备410的电容感应电路401与电容式按键421连接。在一个实施例中，电容式按键421被设置为连接至电子系统400的触控感应表面416。电容式按键421的电极可以被布置为在设备的镀层、覆盖物等等的下方。如此处所描述的，电容式按键421可以包括两个电极，例如用于自电容感测的实施例，或者可以包括三个电极，例如用于互电容感测的实施例。电容式按键421也可以是许多电容式按键中的一个。
电容式按键421的电极经由传送多个信号的一个或多个模拟总线415被耦合到处理设备410的引脚413(1)-413(N)。在另一个没有模拟总线的实施例中，每个引脚可以替代地被连接到生成发送(TX)信号的电路或者到电容感应电路的独立的接收(RX)通道上。电容式按键421可以被设置为有平面的外形。可选择地，电容式按键421可以有非平面的外形。可选择地，一个或多个电容式按键的其他的配置、布局、组合可以被使用。在一个实施例中，电容式按键421可以被包括在ITO面板或触控屏面板中。在其他的实施例中，电容式按键421可以被实现为独立于ITO面板或触控屏。
在一个实施例中，电容式传感器401可以包括将电容转换为测量值的张弛振荡器或其他装置。电容式感应电路401也可以包括测量振荡器输出的计数器或计时器。处理设备410还可以包括将计数值(例如，电容值)转换为触控检测判定(也被称为切换检测判定)或相对幅值的软件组件。应注意的是，测量电容有各种已知方法，诸如电流对电压相移测量、电阻器-电容器充电计时、电容桥分频器、电荷转移、逐次逼近、sigma-delta调制器、电荷积累电路、场效应、互电容、频移或其他电容测量算法。然而，应注意的是，取代评估相对于阈值的原始计数，电容式感应电路401可以评估其它测量结果以确定用户交互。例如，在具有sigma-delta调制器的电容式感应电路401中，电容式感应电路401评估输出的脉冲宽度的比率(即，密度域)，而不是在特定阈值之上或下的原始计数。
在另一个实施例中，电容感应电路401包括生成对TX电极进行施加TX信号的TX信号生成器以及耦合以测量在RX电极上的RX信号的接收机(也被称为感测通道)，例如积分电路。在又一个实施例中，电容感应电路包括耦合到接收机的输出端的模数转换器(ADC)以将被测量的RX信号转换成数字值(电容值)。处理设备410、主机450或两者还可以处理数字值。
处理设备410被配置为对在一个或多个电容式按键421上的一个或多个触控进行检测。处理设备410可以检测导电体，例如触控物体(手指或无源触笔、有源触笔或者其任意的组合)。电容感应电路401可以测量在电容式按键421上的触控数据。在一些情况下，电容式按键421可以被认为是一个或多个电极的单元元件。在其他情况下，单元元件是电极本身。在其他情况下，单元元件是在两个或多个电极之间的交叉点。例如，当多个电极被测量时，触控数据可以表示为多个元件，每个元件表示电容式按键421的感测元件(例如，电极)的交叉点。当保持彼此之间的电流绝缘时，在两个感测元件之间的交叉点可以被理解为一个感测电极跨在或覆盖另一个感测电极的位置。电容式感测元件是导电物质的电极，例如铜。感测元件还可以是ITO面板的部分。电容式感测元件可以被配置为允许电容感应电路401对自电容、互电容或者其任意的组合进行检测。
在另一个实施例中，处理设备410是微处理器，微处理器获得电容触控信号数据集，并且运行在微处理设备上的手指检测固件识别指示触控的数据集区域、检测和处理峰值、计算坐标、对较小的触控和较大的触控或其任意组合进行区分。微处理器可以将精确的坐标和其他的信息报告给主机处理器450。
在一个实施例中，处理设备410还包括处理逻辑402。处理逻辑402的操作可以在固件中实现；可选择地，它们可以在硬件或软件中实现。处理逻辑402可以接收来自电容感应电路401的信号，以及确定电容式按键421的状态，例如物体(例如，手指)是在电容式按键421上还是在接近电容式按键421处被检测到(例如，确定物体的出现)，或者关于在电容式按键421上的被检测到的物体的其他信息。例如，处理逻辑402可以如本文描述地对较小和较大导电体进行区分。在一个实施例中，处理逻辑402是可以被编程以执行不同功能的处理逻辑。
在另一个实施例中，处理设备410可以向主机450发送原始数据或部分处理过的数据，而不是执行在处理设备410中的处理逻辑402的操作。如图4中所示，主机450可以包括执行处理逻辑402的部分或全部操作的判决逻辑451。判决逻辑451的操作可以在固件、硬件、软件或它们的组合中实施。主机450可以包括应用452中的高级应用程序接口(API)，应用452执行接收到数据的例程，例如补偿灵敏度差异、其他补偿算法、基线更新例程、启动和/或初始化例程、插值运算或缩放操作。关于处理逻辑402描述的操作可以在判决逻辑451、应用452中实施，或在处理设备410外部的其他硬件、软件和/或固件中实施。在一些其他实施例中，处理设备410是主机450。
在另一个实施例中，处理设备410也可以包括非感应动作框403。这个框403可以被用于处理数据和/或从主机450接收数据/向主机450传送数据。例如，另外的组件可以被实施，以与电容式按键421一起操作处理设备410(例如，键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、LED、显示器或其他外围设备)。
如示出的，电容感应电路401可以被集成到处理设备410上。电容感应电路401可以包括用于耦合到外部组件的模拟I/O，这样的电容式按键421和/或触控感应平板(没有示出)、触控传感器滑块(没有示出)、触控传感器按键(没有示出)、触控屏和/或其他设备。电容感应电路401可以被配置为使用互电容感测技术、自电容感测技术、电荷耦合技术等等来测量电容。在一个实施例中，电容感应电路401使用电荷累积电路、电容调制电路或被本领域技术人员已知的其他电容感测方法运行。在一个实施例中，电容感应电路401属于触控屏控制器的CypressTMA-3xx、TMA-4xx或TMA-xx系列。可选择地，其他的电容感应电路可以被应用。
电容式按键421可以包括透明的并被设置在可视化显示器本身(例如，LCD显示器)或者在显示器的前部的透明的基底的上方、内部或下方的部分(或全部)。
当触控物体(例如手指或触笔)接近电容式按键421时，该物体引起在TX/RX电极的一些之间的互电容的减少。在另一个实施例中，手指的出现增加了电极的耦合电容。例如，在自电容感测中，当触控物体靠近电容式按键42a时，自电容可以增加。
还应当注意到，此处描述的实施例没有被限制为具有耦合到主机的处理设备的配置，但可以包括测量在感测设备上的电容以及发送原始数据到主计算机(其中被应用所分析)上的系统。实际上，由处理设备410执行的处理也可以在主机上被执行。
处理设备410可以驻留在公共载体基板(诸如例如集成电路(IC)管芯基板或多芯片模块基板)上。可选择地，处理设备410的组件可以是一个或多个独立的集成电路和/或分立元件。在一个实施例中，处理设备410可以是由加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体公司生产的片上可编程系统处理设备。可选择地，处理设备410可以是本领域的普通技术人员已知的一种或多种其他处理装置，诸如微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程设备。在另一个实施例中，例如，处理设备410可以是网络处理设备，该网络处理设备具有包括核心单元和多个微引擎的多个处理器。另外，处理设备410可以包括通用处理设备和专用处理设备的任何组合。
电容感应电路401可以被集成到处理设备410的IC上，或者可选择地，集成到单独的IC上。可选择地，电容感应电路401的说明可以被生成并且被编程用于并入其他的集成电路中。例如，描述电容感应电路401或者其部分的行为级代码可以利用诸如VHDL或者Verilog的硬件描述语言被生成，并被存储到机器可访问的媒介中(例如，CD-ROM、硬盘、软盘等等)。另外，行为级代码可以被编译到转换寄存器级(“RTL”)代码、网络列表或者甚至电路布局中，并被存储到机器可访问媒介。行为级代码、RTL代码、网络列表或者电路布局可以表示抽象的各种级别以描述电容感应电路404。
应注意的是，电子系统400的组件可以包括上述的所有组件。可选择地，电子系统400可以包括上文描述的一些组件。
在一个实施例中，电路系统400被用于平板电脑。可选择地，电子设备可以被用于其他的应用中，例如笔记本电脑、移动手持终端、个人数据助理(“PDA”)、键盘、电视、远程控制器、监控器、手持多媒体设备、手持媒体(音频和/或视频)播放器、手持游戏机设备、用于销售交易点的签名输入设备、电子书阅读器、全球定位系统(“GPS”)或控制面板。此处描述的实施例没有被限制在触控敏感界面的电容式按键，而是可以被用于其他的电容感测实施方式中。例如，电容式按键可以结合任何感测设备(例如，触控屏，触控平板，触控感应器滑块(没有示出)或触控感应器按键板)使用。在一个实施例中，这些感测设备包括一个或多个电容式传感器或其他类型的电容感应电路。此处描述的操作不被限制为按键设备的操作，而可以包括其他的操作，例如光线控制(调光器)、音量控制、图形均衡器控制、速度控制或者其他的需要渐进式调整或离散调整的控制操作。还应当注意到，可以将电容感测实现的这些实施例结合非电容式感测元件(包括但不限于选择按键、滑块(例如，显示亮度和对比度)、涡轮、多媒体控制(例如，音量、声迹超前等)、书写识别以及数字键盘操作)使用。
在另一个实施例中，处理设备410被耦合到电容式按键421，电容式按键421包括被设置成至少两个电极的第一电极的内周界至少部分地包围至少两个电极的第二电极的外周界的至少两个电极。处理设备410运行以检测由接近电容式按键421的导电体引起的第一电极和第二电极的激活的组合。处理设备410基于激活的组合对第一类型导电体和第二类型导电体进行区分。激活的组合可以包括来自第一电极和第二电极的被测量的信号的组合。被测量的信号的组合可以是第一电极和第二电极的自电容测量的结果。在另一个实施例中，处理设备还运行以将第一驱动信号施加到电容式按键的至少两个电极的第三电极上。在这种情况下，激活的组合包括来自第一电极和第二电极的被测量的信号的组合。被测量的接收信号的组合可以是在第三电极和第一电极之间以及第三电极和第二电极之间的互电容测量的结果。在一个实施例中，第三电极的内周界至少部分地包围第二电极的外周界，且第一电极的内周界至少部分地包围第三电极的外周界。
在一个实施例中，处理设备包括耦合到第一电极和第二电极的电容感应电路，例如电容感应电路401。电容感应电路运行以对第一电极的第一自电容和第二电极的第二自电容进行测量。处理设备410运行以将第一和第二自电容与一个或多个阈值进行比较以检测激活的组合。在另一个实施例中，处理设备410被耦合到三个电极，且电容感应电路运行以测量在第三电极和第一电极之间的第一互电容和在第三电极和第二电极之间的第二互电容。处理设备410运行以将第一和第二互电容与一个或多个阈值进行比较以检测激活的组合。
图5是示出了处理在电容式感测阵列521中的电容式按键的触控数据的电子系统500的另一个实施例的框图。电容式感测阵列521包括NXM电极矩阵，NXM电极矩阵包括多个电容式按键。电容感应电路501可以测量在感测阵列521中的对应的电容按键的发送和接收电极之间的交叉点的互电容。基于在被测量的电容相对于在非触控状态时同一个触控电容式按键的电容的变化来计算电容式按键的激活。在一个实施例中，触控传感阵列521和电容式感应电路501被实现在诸如电子系统400的系统或设备中。电容感测阵列521包括NxM电容式按键的矩阵525，其中每个电容式按键包括一个TX电极522和两个RX电极523。矩阵中的电极通过多路分配器512和复用器513与电容式感应电路501连接。换言之，TX电极可以被连接到多路分配器512，且RX电极可以被耦合到复用器513，以允许多个电极被电容感应电路501驱动或感测。
电容式感应电路501包括复用器控制器511、多路分配器512、复用器513、时钟生成器514、信号生成器515、解调电路516以及模数转换器(ADC)517。ADC 517与触控坐标转换器518进一步耦合。触控坐标转换器518可以被实现在处理逻辑402中。
当保持彼此的电隔离时，在电极矩阵525中的发送和接收电极可以被设置成发送电极中的每个电极与接收电极中的每个电极重叠或交叉以便形成交叉点的阵列。因此，每个发送电极可以与每个接收电极电容耦合。例如，发送电极522与两个接收电极523在发送电极522和接收电极523重叠的点上电容耦合。
时钟生成器514向信号生成器515提供时钟信号，信号生成器515产生提供给触控电容式按键的发送电极522的发送TX信号524。在一个实施例中，信号生成器515包括根据来自时钟生成器514的时钟信号操作的一组开关。开关可以通过将信号生成器515的输出端周期性地连接到第一电压并随后连接到第二电压来生成TX信号524，其中所述第一电压和第二电压是不同的。
信号生成器515的输出端与多路分配器512连接，这允许TX信号524被施加到电容式按键的M个发送电极中的任一个发送电极。在一个实施例中，多路复用器控制器511控制多路分配器512，以便TX信号524以受控序列被施加到每个发送电极522上。多路分配器512也可以用于接地、悬浮或将备用信号连接到当前未施加TX信号524的其他发送电极。在供选择的实施例中，可将TX信号524以真码的形式表示在发送电极522的子集中并以补码的形式表示在发送电极522的第二子集中。在发送电极522的第一和第二子集的成员上可以没有重叠。
因为发送电极与接收电极之间的电容耦合，施加于每个发送电极的TX信号524在每个接收电极内引起电流。例如，当TX信号524通过多路分配器512被施加于发送电极522时，TX信号524在矩阵525中的接收电极上引起RX信号527。可以随后通过使用将N个接收电极中的每个电极按顺序连接到解调电路516的复用器513按顺序测量在接收电极的每个电极上的RX信号527。
可以通过利用多路分配器512和多路复用器513来选择TX电极和RX电极的每个可用组合来测量与所有TX电极和RX电极的交叉点相关联的互电容。为提高性能，多路复用器513还可以被分段，以允许矩阵525中的一个以上的接收电极被布线到另外的解调电路516。在其中具有接收电极的解调电路516的实例具有1对1对应的优化配置中，该系统中可以不存在复用器513。
当导电体(诸如手指)接近电极矩阵525时，该物体只在某些电极之间引起互电容的减少。例如，如果手指被放置在发送电极522与接收电极523的交叉点附近，手指的存在将减少电极522与电极523之间的耦合电荷。因此，可以通过识别具有减少的被测量的互电容的一个或多个接收电极以及在一个或多个接收电极上测量到电容的减少的时候通过识别向其施加TX信号524的发送电极来确定触控平板上手指的位置。
通过确定与矩阵525中的电极的每个交叉点相关联的互电容的变化，一个或多个导电体的出现及位置可以被确定。该确定可以是连续的、并行的，或可以在常用电极处更频繁发生。
在供选择的实施例中，用于检测手指或其他导电体存在的其他方法可以在被用在手指或导电体在一个或多个电极引起被测量的电容增加的位置，其中可以以网格或其他图案的方式来布置所述一个或多个电极。例如，在电容式感应电路的电极附近放置的手指可能引入增加电极与接地之间总电容的附加对地电容。可以基于检测到测量的电容的变化的一个或多个电极位置和在每个相应的电极上的相关的电容变化的幅度来确定手指的位置。
解调电路516整合了感应电流信号527。解调电路516输出的整流电流可以随后被滤波并被ADC 517转换为数字编码。
当从相邻电极交叉点测量的一系列这样的数字编码与这些相同电极在非触控状态时的相关的编码进行比较或抵消时，可以被转化为由触控坐标转换器518指示在触控电容式按键的输入端位置的触控坐标。触控坐标随后可以被用于检测手势或实施处理逻辑402的其他功能。
对自电容感测，感测元件具有与感测元件相关联的电容，其被称为寄生电容CP。当手指触控感测区域时，由于人类手指的出现，附加电容被增加到电路上。这个电容被称为手指电容CF。没有手指出现的感测元件的总电容与感测元件的CP相等，而当手指出现时，感测元件的总电容是CP和CF之和。电容感应电路，例如触控控制器，实现使电容数字转换器将被测量的电容转化为数字值(也称为数字计数)。如在图6中所示出的，当有手指触控时，有在电容输出上的增加以转换器计数。
图6示出了根据一个实施例在手指触控的情况下数字转换器的电容输出600。原始计数是对应在感测元件上的被测量的电容的数字值。在系统初始时，基线被初始化为原始计数。之后，如果原始计数的变化量小于噪声阈值，那么基线缓慢跟踪原始计数。这个特点有助于适应不同的环境条件且避免了误触控检测。通过从原始计数中减掉基线来计算信号。这表示由手指触控增加的电容。手指阈值定义了在感测元件上的电容的增加，其可以适合作为有效的触控。如本文所描述的，手指阈值的数值作为调谐参数中的一个可以动态地变化。
“数字计数转换器”的电容输出通过简单的信号处理算法以检测由于手指触控引起的感测元件电容的增加。固件算法使用这个信息以对实际的手指触控和寄生噪声(例如，由在温度、压力或其他环境因素上的变化而产生的任何最小的电容)进行区分。如果感测元件电容的增加多于预设的数值(也称之为手指阈值)，那么触控控制器声明手指在感测元件上的出现。电容式感测设备可以使用电荷转移和基于对电容数字转换器(称为CSD)和电荷转移的delta-sigma调制器和基于感测方法的连续近似法(称为CSA)。可选择地，测量电容的其他方法可以被用于将电容值转换到数字计数。不考虑转换方法，此处描述的实施例对来自大手指和小手指或触笔的触控进行检测和区分。
对于互电容感测，利用电容值到数字计数转换器的感测方法测量在两个电极之间存在的电容。具有手指的出现时，在两个电极之间电容减少，且用于检测手指出现的算法对电容的差异进行测量。
下文描述的是在电容式按键对大手指触控不过分敏感的情况下能够对小手指和大手指触控进行检测的方法。该方法需要不同类型的感测元件结构和判决逻辑。由小手指(诸如来自触笔的触控)和大手指(人类手指)的对感测元件的触控表面区域的触控应当产生来自感测元件的信号的组合。信号的组合可以被用于区分小手指和大手指的触控或以其他方式识别小和大手指的触控。在以下方法中，假设8mm表示大手指而3mm表示触笔或小手指。
图7是根据一个实施例的对电容式按键进行感测的方法的流程框图。可以通过可包括硬件(电路、判决逻辑等)、软件(诸如运行通用计算机系统或专用机)、固件(嵌入式软件)或它们的任意组合的处理逻辑实施方法700。在一个实施例中，图4的处理设备410执行方法700的一些或全部操作。在另一个实施例中，图4或图5的处理逻辑402执行方法700的一些或全部操作。在其他的实施例中，图4的电容感应电路401或者图5的电容感应电路501执行方法700的一些操作。可选择地，图4的电子系统400的其他组件执行方法700的一些或全部操作。
在图7中，方法700以处理逻辑初始化感测元件和设置缺省手指阈值(例如，用于内部感测元件的3mm触笔阈值)作为开始(框702)。处理逻辑扫描内部感测元件和外部感测元件，并为两个感测元件更新基线(框704)。处理逻辑确定外部感测元件是否被激活(框706)。当外部感测元件在框706处没有被激活，处理逻辑为内部感测元件设置3mm触笔阈值(框708)。然而，当外部感测元件在框706处被激活，处理逻辑为内部感测元件设置8mm手指阈值(框710)。在框712处，处理逻辑确定内部和外部感测元件两者是否被激活。当处理逻辑在框712处确定内部和外部感测元件两者都被激活时，处理逻辑检测在电容式按键上的8mm手指(框714)并返回到框704。当处理逻辑在框712处确定内部和外部感测元件两者都没有被激活时，处理逻辑确定是否只有内部感测元件被激活(框716)。如果内部感测元件在框716处被激活，那么处理逻辑增加3mm触笔延时计数器的数值(框718)。然而，如果内部感测元件在框716处没有被激活，那么处理逻辑确定是否发生了3mm触笔模式时间用尽(框724)。如果在框724处发生了3mm触笔模式时间用尽，那么处理逻辑重置3mm触笔延时计数器，并继续返回到框704。当发生了3mm触笔模式时间用尽，处理逻辑继续转到框704。当3mm触笔延时计数器增加时，处理逻辑确定3mm触笔延时计数器是否在溢出的状态下(框720)。当在框720处在溢出状态时，处理逻辑对在电容式按键上的3mm手指进行检测(框722)；否则，方法700继续返回到框704。
在本实施例中，两个感测元件可以被使用。在另一个实施例中，如此处所描述的，700扫描三个感测元件。
在方法的另一个实施例中，处理逻辑利用在感测参数设置为第一值的情况下被编程的电容感应电路，对来自电容式按键的第一感测元件和第二感测元件的信号进行测量。信号与第一感测元件和第二感测元件的电容相对应。第一感测元件的内周界被设置为包围第二感测元件的外周界。处理逻辑基于被测量的信号通过处理逻辑对接近电容式按键的导电体是否激活了第一感测元件进行检测。处理逻辑基于被测量的信号通过处理逻辑对接近电容式按键的导电体是否激活了第二感测元件进行检测。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，处理逻辑通过处理逻辑将感测参数从第一值调整到第二值。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，处理逻辑利用在感测参数设置为第二值的情况下的电容感应电路对来自第二感测元件的附加信号进行测量。
在又一个实施例中，当第二感测元件和第一感测元件被激活时，处理逻辑通过在感测参数被设置为第一值的情况下的电容感应电路对来自第一感测元件和第二感测元件的附加的信号进行测量。
在另一个实施例中，在感测参数被设置为第一值或第二值的情况下的测量包括对第一感测元件和第二感测元件的自电容进行测量。可选择地，处理逻辑通过电容感应电路施加或驱动电容式按键的第三感测元件上的第一驱动信号。在感测参数被设置为第一值或第二值的情况下，测量被实施以对在第三感测元件和第一感测元件之间的第一互电容和在第三感测元件和第二感测元件之间的第二互电容进行测量。处理逻辑基于在感测参数被设置为第一值的情况下的被测量的信号利用处理逻辑对第一类型导电体和第二类型导电体进行区分。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，导电体是第一类型；以及当第一感测元件和第二感测元件被激活时，导电体是第二类型。在另一个实施例中，处理逻辑对作为导电体的触笔和手指进行区分。当第二感测元件被激活而第一感测元件没有被激活时，导电体是触笔；以及当第一感测元件和第二感测元件被激活时，导电体是手指。在另一个实施例中，处理逻辑测量利用第一灵敏度对来自第一感测元件和第二感测元件的信号进行测量，以及利用第二灵敏度对附加信号进行测量。第一灵敏度小于第二灵敏度。可选择地，多个激活阈值可以被用作调谐参数。数值或触笔的阈值可以被调整以代替改变电容感应电路的灵敏度。在另一个实施例中，处理逻辑对来自第一感测元件和第二感测元件的信号进行测量，并将信号与第一激活阈值进行比较，并对附加信号进行测量，并将该附加信号与第二激活阈值进行比较。第一激活阈值高于第二激活阈值。
图8示出了根据另一个实施例的两个电容式按键800。如在图9中示出的，两个电容式按键800可以被用作在移动电话上的按键。
图9是根据一个实施例的具有一个触控屏902和两个电容式按键904、906的移动设备900的框图。移动设备900也包括主机处理器950和处理设备910。处理设备910可以是控制与主机处理器950相连的触控屏902的触控控制器。另外，处理设备910可以检测如本文描述的在电容式按键904和906上的触控。
此处描述的是用于对大手指和小手指或者触笔的触控进行检测和区分的新感测元件布局。旧感测元件的布局在图1中被示出，以及新感测元件布局的实施例在图2、3和8中被示出。同样，此处描述的是用于对大手指和小手指或者触笔的触控进行检测和区分的新数据处理算法。该新数据处理算法的一个实施例在图7中被示出。此处描述的实施例有能力对来自在电容式按键上有较小直径的手指的触控和较大直径的手指的触控进行检测和区分，而不使电容式按键对来自较大手指的误触控过度地敏感。该实施例也有能力对在电容式按键上的人类手指触控和无源触笔触控进行检测和区分。当用大手指操作时，这些实施例也可以避免由感测元件上的悬停效应引起的误触控。当人类手指没有精确地在按键上时，此处描述的实施例也可以有能力拒绝触控。例如，如下文在表1中示出的，当人类手指以低于固件中设置的特定的百分比覆盖住按键时，算法可以精确地接受/拒绝。
表1包括来自内部和外部感测元件的信号测量：
在一些实施例中,调谐参数可以基于主机指令动态地改变以检测小手指和大的手指。在这种情况下，应用的终端产品需要“需要以某些方式知道”用户是否正在用小手指或大手指操作产品。在其他的实施例中，处理逻辑可以在没有来自主机的指令的情况下自动地对大手指和小手指触控进行检测和区分。
处理逻辑可以实现在电容式触控屏控制器。在一个实施例中，电容式触控屏控制器是电容式触控屏控制器，例如由加利福尼亚州圣何塞的CypressSemiconductor Corporation开发的CY8CTMA3xx系列的多点触控全点触控屏控制器。解决在触控屏上的触笔和多个手指的触控位置的电容式触控屏控制器感测技术支持领先的操作系统，并且被优化用于低功率多点触控手势和全点触控屏功能。可选择地，触控位置计算功能可以实现在其他的触控屏控制器或触控感测设备中的其他触控控制器中。在一个实施例中，如在获得本公开的好处的领域上的一个普通技术人员所认识到的，可以以其他的触控过滤算法实现触控位置计算功能。
此处描述的实施例可以被用于电容感测系统的互电容感测阵列的各种设计中，或者被用于自电容感测阵列。在一个实施例中，电容感测系统检测在阵列中被激活的多个感测元件，并且可以在邻近的感测元件上分析信号图形以将噪声从实际信号中分离。如在获得本公开的好处的领域上的一个普通技术人员所认识到的，此处描述的实施例未被绑定到特定的电容式感测解决方案，并且也可以被用于其他的感测解决方案中，包括可选的感测解决方案。
在上文的说明书中，大量的细节被阐述。然而，将明显的是，对获得本公开的好处的领域上的一个普通技术人员来讲，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，公知的结构和设备以框图表格的形式而不是以细节的方式被示出，以免模糊本说明。
以术语“算法”以及在计算机存储器内在数据比特上的符号表示的操作呈现详细说明的一些部分。这些算法的说明和表达是数据处理领域的技术人员为更有效地将他们的工作内容转达给本领域的其他技术人员所使用的方法。算法在本文中以及通常被认为是产生期望结果的步骤的始终如一的序列。这些步骤是要求物理量的物理操作的步骤。通常，尽管不必要，这些量采取能够被存储、转化、组合、比较以及另外地被操作的电或磁信号的形式。已经证明对指向如比特、值、元件、符号、字母、术语、数字等等的这些符号在时间上是便利的，其主要由于习惯用语的原因。
应当牢记，然而，所有这些以及相似术语将与恰当的物理量相关联并且仅是应用这些量的便利的标签。除非特殊地说明，否则如从上文讨论中所明显看出的，应认识到，在整个说明书中，使用诸如“加密(encrypting)”、“解密(decrypting)”、“存储(storing)”、“提供(providing)“、“源于(deriving)”、“获得(obtaining)”、“接收(receiving)”、“验证(authenticating)”、“删除(deleting)”、“执行(executing)”、“询问(requesting)”、“通信(communicating)”等等的术语的讨论指的是计算机系统或者类似的电子计算机设备的动作和处理，其中计算机系统或者类似的电子计算机设备操作和转换在计算机系统的寄存器和存储器内的表征物理(例如电子的)量的数据为在计算机系统的存储器或寄存器或者其他这样的信息存储、转换或者显示设备内的表征物理量的类似的数据。
单词“示例(example)”或“示例性(exemplary)”在本文中被用于指作为示例、实例或例证。本文中被描述为“示例(example)”或“示例性(exemplary)”任何方面或设计没有必要解释为与其他的方面或设计相比是优选或者有利的。而是，单词“示例(example)”或“示例性(exemplary)”的使用旨在以具体的方式来提出概念。如在本应用中所使用的，术语“或者(or)”旨在表示包括性的“或者(or)”而不是排除性的“或者(or)”。换言之，除非另外指出的，或者从上下文中所清晰的，“X包括A或者B”旨在指任何自然包括性的排列。换言之，如果X包括A；X包括B；或者X包括A和B两者，那么“X包括A或者B”在任何前述的实例中是满足的。另外，如在本应用和所附权利要求书中被使用的冠词“一个(a)”以及“一个(an)”通常应当被解释为意味着“一个或多个(one or more)”，除非另外指出或者从上下中清晰地指向单个的形式。此外，除非有这样的描述，否则术语“实施例(an embodiment)”或者“一个实施例(one embodiment)”或者“实现(an implementation)”或者“一种实现(oneimplementation)”全部地不旨在意味着相同的实施例或实施方式。
本文描述的实施例也可以涉及用于执行本文操作的装置。该装置可以由于需要的原因被特殊地构造，或者其可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以被存储在非暂时性计算机可读存储媒介中，例如，但不限于，包括软盘、光盘、CD-ROM以及磁光盘、只读存储器(ROM)、随机访问寄存器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁性或光卡、闪存存储器的任何类型的盘或者适于存储电子指令的任意类型的媒介。术语“计算机可读存储媒介”应当被认为包括可以存储一个或多个指令集的单个媒介或多个媒介(例如，集中式或分布式的数据库和/或相关的高速缓存以及服务器)。术语“计算机可读媒介”也应当被认为包括能够存储、编码或传送由机器执行并导致机器实施任何一个或多个本实施例的方法的指令集的任何媒介。术语“计算机可读存储媒介”相应地应当被认为包括，但不限于，固态存储器、光媒介、磁媒介、能够存储、编码或传送用于机器执行并导致机器实施任和一个或多个本实施例的方法的指令集的任何媒介。
本文提及的算法和显示器并非固有地与任何特定的计算机或其他装置相关。各种通用系统可以与根据本文的教学的程序一起使用，或者构造一个更专用的装置来实施需要的方法步骤被证明是便利的。用于这些各种的系统的需要的结构将从下文的描述中看出来。另外，不参考任何特定的编程语言描述本实施例。将认识到，多种编程语言可以被用于实施如本文所描述的实施例的教学。
上述描述阐述很多具体细节，诸如具体系统、组件、方法等的示例，以便提供对本发明的若干实施例的良好理解。然而，将对于本领域的技术人员来说是明显的是，本发明的至少某些实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他的实例中，众所周知的组件或方法未详细描述，或以简单框图形式呈现，以避免不必要地模糊本发明。因此，上文阐述的具体细节仅是示例性的。具体实施方式可以不同于这些示例性细节，并且仍然被视为在本发明的范围内。
应理解的是，上文的描述旨在是说明性的而非限制性的。许多其他的实施例对本领域的技术人员从阅读和理解上文的描述上将是明显的。因此，应当参考所附的权利要求与这些权利要求应享有的等价物的全部范围一起确定本发明的范围。

Claims (18)

1.一种检测和区分导电体的装置，包括：
电容感应电路，所述电容感应电路被耦合到电容式按键，所述电容式按键包括第一感测元件和第二感测元件，其中，所述电容感应电路在感测参数被设置为第一值的情况下运行以对来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的信号进行测量，其中，所述信号与所述第一感测元件和所述第二感测元件的电容相对应，以及其中，所述第一感测元件的内周界被设置为包围所述第二感测元件的外周界；以及
处理逻辑，所述处理逻辑被耦合到所述电容感应电路，其中，所述处理逻辑运行，以便：
基于测得的信号检测所述第一感测元件是否由接近所述电容式按键的导电体所激活；
基于所述测得的信号检测所述第二感测元件是否由接近所述电容式按键的所述导电体所激活；以及
当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，将所述第一值调整为第二值用于所述感测参数，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下，所述电容感应电路运行以对来自所述第二感测元件的附加信号进行测量，以及当所述第二感测元件和所述第一感测元件被激活时，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下，所述电容感应电路运行以对来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的附加信号进行测量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容是所述第一感测元件和所述第二感测元件的自电容。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容感应电路运行以驱动在所述电容式按键的第三感测元件上的第一驱动信号，其中，所述电容包括在所述第三感测元件和所述第一感测元件之间的第一互电容以及在所述第三感测元件和所述第二感测元件之间的第二互电容。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一感测元件的内周界被设置为包围所述第三感测元件的外周界，且所述第三感测元件的内周界被设置为包围所述第二感测元件的外周界。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理逻辑运行以基于在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下测得的信号对第一类型的导电体和第二类型的导电体进行区分，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，所述导电体是所述第一类型，且当所述第一感测元件和所述第二感测元件均被激活时，所述导电体是所述第二类型。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一类型的导电体是触笔，以及所述第二类型的导电体是手指。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测参数是所述电容感应电路的灵敏度，其中，所述第一值小于所述第二值。
8.一种检测和区分导电体的装置，包括：
处理设备，所述处理设备被耦合到电容式按键，所述电容式按键包括至少两个电极，所述至少两个电极被设置为使得所述至少两个电极中的第一电极的内周界包围所述至少两个电极中的第二电极的外周界，其中，所述处理设备运行，以便：
对由接近所述电容式按键的导电体引起的所述第一电极和所述第二电极的激活的组合进行检测；以及
基于所述激活的组合，对第一类型的导电体和第二类型的导电体进行区分，
其中，所述处理设备运行以对所述电容式按键的所述至少两个电极中的第三电极施加第一驱动信号，其中，所述激活的组合包括来自所述第一电极和所述第二电极的测得的接收信号的组合，其中，测得的接收信号的所述组合是在所述第三电极和所述第一电极之间以及在所述第三电极和所述第二电极之间的互电容测量的结果。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第三电极的内周界至少部分地包围所述第二电极的外周界，且所述第一电极的内周界至少部分地包围所述第三电极的外周界。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述处理设备包括耦合到所述第一电极和所述第二电极的电容感应电路，其中，所述电容感应电路运行以对所述第一电极的第一自电容和所述第二电极的第二自电容进行测量，其中，所述处理设备运行以将所述第一自电容和所述第二自电容与一个或多个阈值进行比较，以检测所述激活的组合。
11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述处理设备包括电容感应电路，所述电容感应电路被耦合到所述电容式按键的所述至少两个电极中的所述第一电极和所述第二电极以及第三电极，其中，所述电容感应电路运行以对在所述第三电极和所述第一电极之间的第一互电容和在所述第三电极和所述第二电极之间的第二互电容进行测量，其中，所述处理设备运行以将所述第一互电容和所述第二互电容与一个或多个阈值进行比较，以检测所述激活的组合。
12.一种检测和区分导电体的方法，包括：
由在感测参数被设置为第一值的情况下被编程的电容感应电路对来自电容式按键的第一感测元件和第二感测元件的信号进行测量，其中，所述信号对应于所述第一感测元件和所述第二感测元件的电容，以及其中，所述第一感测元件的内周界被设置为包围所述第二感测元件的外周界；
基于测得的信号，由处理逻辑检测所述第一感测元件是否被接近所述电容式按键的导电体所激活；
基于所述测得的信号，由所述处理逻辑检测所述第二感测元件是否被接近所述电容式按键的所述导电体所激活；
当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，由所述处理逻辑将所述第一值调整到第二值用于所述感测参数；以及
当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时，在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下由所述电容感应电路测量来自所述第二感测元件的附加信号。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括当所述第二感测元件和所述第一感测元件被激活时，在所述感测参数设置为所述第一值的情况下，由所述电容感应电路测量来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的附加信号。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下的所述测量和在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下的测量包括对所述第一感测元件和所述第二感测元件的自电容进行测量。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括由所述电容感应电路驱动在所述电容式按键的第三感测元件上的第一驱动信号，并且其中，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下的所述测量和在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下的测量包括对在所述第三感测元件和所述第一感测元件之间的第一互电容和在所述第三感测元件和所述第二感测元件之间的第二互电容进行测量。
16.根据权利要求12所述的方法，还包含由所述处理逻辑基于在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下测得的信号对第一类型的导电体和第二类型的导电体进行区分，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时所述导电体是所述第一类型，以及当所述第一感测元件和所述第二感测元件均被激活时所述导电体是所述第二类型。
17.根据权利要求12所述的方法，还包含由所述处理逻辑对作为所述导电体的触笔和手指进行区分，其中，当所述第二感测元件被激活而所述第一感测元件没有被激活时所述导电体是所述触笔，以及当所述第一感测元件和所述第二感测元件均被激活时所述导电体是所述手指。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述感测参数被设置为所述第一值的情况下的所述测量包括利用第一灵敏度值对来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的信号进行测量，其中，在所述感测参数被设置为所述第二值的情况下对所述附加信号的所述测量包括利用第二灵敏度值对所述附加信号进行测量，其中，所述第一灵敏度值小于所述第二灵敏度值。
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