CN105677120B

CN105677120B - 多屏蔽电容性传感电路

Info

Publication number: CN105677120B
Application number: CN201510747594.7A
Authority: CN
Inventors: P.蒙尼
Original assignee: Semtech Corp
Current assignee: Semtech Corp
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: CN105677120A; US9542050B2; EP3029553B1; EP3029553A1; US20160162068A1; KR20160067744A; KR101863418B1

Abstract

本发明涉及多屏蔽电容性传感电路。接近传感器包括电容性触摸控制器。将第一屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第一屏蔽端子。将第二屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第二屏蔽端子。将第一传感元件设置为邻近于第一屏蔽区域。将第一传感元件耦合到电容性触摸控制器的第一传感端子。将第二传感元件设置为邻近于第二屏蔽区域。将第二传感元件耦合到电容性触摸控制器的第二传感端子。电容性触摸控制器被配置成将第一传感元件与第一屏蔽区域相关联。测量第一传感元件的自电容，同时第二屏蔽区域是未激活的。以第一频率测量第一传感元件的自电容。

Description

多屏蔽电容性传感电路

技术领域

本发明一般涉及传感器，并且更具体地，涉及多屏蔽电容性传感电路。

背景技术

智能电话和其它移动设备已经迅速地在整个世界变得普遍存在。通常在饭店、等候室、或在街角看到使用移动电话和平板计算机。移动设备被用于玩游戏、摄影、听音乐、社交网络或仅仅经由内置的麦克风和扬声器与另一个人说话。

移动设备通过使家人和朋友保持通讯、允许任何瞬间被捕获为照片或视频、以及提供紧急情况中联系某人的手段而丰富了生活。图1a图解了移动设备10。移动设备10是触屏直板蜂窝式（蜂窝）电话。在其它实施例中，移动设备10是平板计算机、寻呼机、GPS接收器、智能手表或其它可穿戴计算机、膝上型计算机、手持式游戏控制台或利用电容性接近或触摸传感的任何其它设备。

移动设备10包括接近传感器11。接近传感器11检测用户离移动设备10的正面的距离。接近传感器11使用传感元件的自电容来确定用户是否在接近。接近传感器11还确定用户离移动设备10的正面的距离。传感元件的自电容随着用户的身体部分在接近传感器11附近移动而改变。对移动设备10的操作系统进行编程以当接近传感器11报告用户接近移动设备时做出反应。在一个实施例中，当用户在移动设备的附近时减小移动设备10的射频（RF）输出功率以防止超过特定吸收率（SAR）规定。SAR是当被暴露在RF电磁场时由人体吸收的能量的比率的量度。

移动设备10包括在移动设备正面上的触屏12。触屏12被用于显示图形用户界面（GUI）。触屏12上的GUI如由移动设备10的操作系统确定的那样向用户呈现反馈、通知以及其它信息。触屏12对来自移动设备10的用户的身体部分的物理触摸敏感。触屏12利用电阻、电容、声波、红外格栅、光学成像或其它方法来确定用户的触摸的存在和位置。

在移动设备10的一个普通的使用场景中，触屏12将按钮显示为GUI的一部分，并且用户触摸触屏上的按钮的位置以执行与按钮相关联的动作。在一个实施例中，触屏12显示3x4的电话键区。用户在所显示的键区上通过在显示了所期望要拨的数字的位置处触摸触屏12来拨电话号码。触屏12与电话键区一起（或作为电话键区的可代替物）显示字母数字键盘，其中用户在要被输入进触屏上显示的文本输入栏中的字母、数字、或符号的位置中触摸触屏。触屏12还被用于采用用户的触摸控制视频的回放或游戏的进行来观看所下载的或所流式传输的视频、或玩游戏。在一些实施例中，当触屏的显示组件被禁用时触屏12对用户的触摸敏感。当听音乐时，用户通过在触屏12上画符号（即使什么也没有被显示在触屏上）来暂停音乐或前进到音乐的下一音轨。

按钮14为触屏12提供了替代的用户输入机制。按钮14依靠运行在移动设备10上的操作系统的编程来执行功能。在一个实施例中，按钮14将触屏12上的GUI返回到主屏幕、回到先前的GUI屏幕、或打开GUI上的菜单。在其它实施例中，按钮14的功能基于在触屏12上显示的背景而改变。在一个实施例中，使用类似于接近传感器11的接近传感器来实现按钮14。用户将手指放置在按钮14中的一个上改变按钮下面的传感元件的自电容。当检测到接近时，用于相应的按钮的接近传感器通知移动设备10的操作系统执行与该按钮按压相关联的编程。

扬声器16为移动设备10的用户提供可听的反馈。当移动设备10接收进入的消息时，扬声器16产生可听的通知声以警告用户所接收到的消息。进入的电话通话引起来自扬声器16的振铃声以警告用户。在其它实施例中，当接收到进入的电话通话时经由扬声器16播放可以经由触屏12上的GUI选择的音乐铃声。当移动设备10被用于参与电话通话时，移动设备的用户向麦克风17内说话，同时由扬声器16重现另一会话参与者的声音。当用户观看电影或玩游戏时，由扬声器16为用户产生用来听的与电影或游戏相关联的声音。

前置摄像机18为移动设备10的操作系统提供视觉反馈。摄像机18创建正对触屏12的区域的数字图像。摄像机18被用于在移动设备10上运行的视频聊天应用中以在会话期间捕获用户的脸。移动设备10将用户的视频传输到在另一位置的另一移动设备，并接收被显示在触屏12上的使用其它移动设备的另一个人的流式传输视频。摄像机18还被用于拍自拍或其它照片。当摄像机18被用于拍照片时，触屏12显示正由摄像机捕获图像以便触屏是电子取景器。所捕获的照片被存储在移动设备10内的存储器上用于随后在触屏12上观看、在社交网络上分享、或备份到个人计算机。

外壳20为移动设备10的内部组件提供结构上的支撑和保护。外壳20由硬质塑料或金属材料制成以经受如果被直接地暴露的话对移动设备10内的电路板和其它组件造成伤害的环境危险。在一个实施例中，与触屏12相反的外壳20的面板是可移除的以暴露诸如用户识别模块（SIM）卡、闪存卡或电池之类的移动设备10的可互换部分。外壳20包括在触屏12之上的透明玻璃或塑料部分，其保护触屏免受环境因素影响，同时允许用户的触摸被通过外壳感测到。

图1b图解了操作移动设备10作为电话的用户30。用户30拿着移动设备10，其中扬声器16在用户的耳朵上。使麦克风17定向成朝着用户30的嘴。当用户30说话时，麦克风17检测并数字化用户的声音以用于传输到用户正与其说话的人。用户30正与其说话的人将经数字化的声音信号传输到移动设备10，在扬声器16上将该经数字化的声音信号重现并由用户听取。因此用户30使用移动设备10与另一个人会话。

当用户30如图1b中图解的那样拿着移动设备10时，接近传感器11通知操作系统用户在附近。移动设备10的操作系统执行代码以减小RF输出、禁用触屏12、并如所编程的那样执行任何其它动作。

图1c图解了用户30触摸或按压按钮14。按压按钮14根据移动设备10的编程执行操作系统的各种动作。在一个实施例中，用户30按压主画面按钮以将触屏12的显示返回到主屏幕。

接近传感器11以及按钮14中的每一个都通过测量位于移动设备10内的对应传感元件的自电容来操作。传感元件的自电容随着用户30的身体部分或对象朝着传感元件移动而增大。传感元件的自电容随着用户30的身体部分或对象被移动远离传感元件而减小。将传感元件的自电容与阈值比较以确定用户30是否在传感元件附近。在其它实施例中，传感元件的自电容值被转换成移动设备10与用户30之间的距离的测量。在垂直于触屏12的方向中测量对象离移动设备10的距离被称为z轴检测。

电容性触摸传感利用在传感元件下面的屏蔽平面以提供传感的定向性并减少来自噪声的干扰。通过感测传感元件的自电容的集成电路（IC）驱动用于电容性触摸传感的屏蔽平面。当检测接近时，传感IC将屏蔽平面驱动到与所关联的传感元件近似相同的电压电势。针对要被精确地检测的用户30的z轴距离和接近而言，传感IC必须能够维持屏蔽平面接近与传感元件相同的电压。当屏蔽区域的电压与对应的传感元件不同时，屏蔽区域促成传感区域的自电容，从而影响接近读取。

移动设备制造商的一个目标是提供在移动设备的多区域中的电容性触摸传感。使用位于不同位置的更多的接近传感器允许移动设备制造商实现消费者需要的高级功能。然而，当在移动设备10的远的区域处需要接近传感时，使用单个接近传感集成电路变得有挑战。市场上可得到的接近传感器IC包括多传感元件端子，但是只有单个端子连接屏蔽平面。驱动移动设备10的远的位置处的具有单个屏蔽输出的多屏蔽平面减少了传感IC将屏蔽平面维持在接近个别的传感元件的电压的电压处的能力。屏蔽端子正驱动比用于测量个别的传感元件实际上必需的更大的负载。此外，由于每个屏蔽区域都连接到传感IC的共同的屏蔽端子，所以来自移动设备10的一个区域的RF以及其它干扰影响移动设备的其它区域中的传感。

多传感IC可以被用于提供用于移动设备10的每个区域中的电容性触摸传感的隔离的屏蔽平面。然而，使用多传感IC占用移动设备10的电路板上的附加的空间。随着当今的消费者需要更小的且更薄的移动设备，电路板区域变得更有价值并且有限的。制造商的第二个目标是为消费者提供更小的且更轻的移动设备。使用多电容性传感IC还增大了制造商的成本。

当今市场上的电容性传感IC要求移动设备制造商的目标之间的权衡。一方面，制造商可以使用多传感IC以精确地检测在移动设备的远的区域处的用户的接近。使用多传感IC增大移动设备的尺寸和成本。另一方面，移动设备制造商可以使用只提供单个屏蔽端子的单个传感IC。随着更多的屏蔽平面被用在移动设备的更多区域中，具有单个屏蔽端子的单个传感IC提供具有减小的精确度的结果。具有较不精确的接近传感器或具有较少的接近传感器的移动设备10不能够提供其它移动设备的高级的功能。

发明内容

存在改善在移动设备的远的区域处的接近传感的精确度而不增加所使用的组件的数目的需求。因此，在一个实施例中，本发明是制造接近传感器的方法，其包含提供电容性触摸控制器、将第一屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第一屏蔽端子、将第二屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第二屏蔽端子、将第一传感元件设置为邻近于第一屏蔽区域以及将第二传感元件设置为邻近于第二屏蔽区域的步骤。

在另一实施例中，本发明是制造接近传感器的方法，其包含提供电容性触摸控制器、将第一屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第一端子、以及将第二屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第二端子的步骤。

在另一实施例中，本发明是包含电容性触摸控制器的接近传感电路。将第一屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第一屏蔽端子。将第二屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器的第二屏蔽端子。

在另一实施例中，本发明是包含第一屏蔽端子、第二屏蔽端子以及屏蔽控制模块的电容性触摸控制器。第一多路复用器（MUX）选择性地将第一屏蔽输出端子和第二屏蔽输出端子耦合到屏蔽控制模块。

附图说明

图1a-1c图解了具有电容性接近传感能力的移动设备；

图2a-2b图解了在电路板上包括接近传感器的移动设备；

图3a-3c图解了在接近传感元件、环绕屏蔽区域以及人的手指之间的电场；

图4图解了包括四个传感端子和两个屏蔽端子的电容性触摸控制器；以及

图5a-5b图解了包括具有3个屏蔽端子的12个可配置的传感端子的电容性触摸控制器。

具体实施方式

参考附图在以下的描述中的一个或多个实施例中描述本发明，在附图中同样的标号代表相同的或类似的元件。虽然依照实现本发明的目标的最佳模式描述本发明，但是本领域技术人员将要领会的是，意图覆盖如可以被包括在如由随附的权利要求以及如由以下的公开和附图支持的它们的等价物限定的的本发明的精神和范围之内的供选方案、修改以及等价物。

图2a图解了具有被移除以展现印刷电路板（PCB）50的触屏12和外壳20的一部分的移动设备10，所述PCB50具有在PCB的表面上形成或设置的CPU34、电容性触摸控制器56、传感元件58、屏蔽区域60、传感元件68以及屏蔽区域70。在其它实施例中，使用柔性印刷电路（FPC）代替PCB50。具有传感元件58的电容性触摸控制器56形成了移动设备10的接近传感器11。传导迹线62将传感元件58连接到电容性触摸控制器56，同时传导迹线64将屏蔽区域60连接到电容性触摸控制器。传导迹线66提供CPU34和电容性触摸控制器56之间的通信。在按钮14下面的PCB50上形成传感元件68以检测用户30到个别按钮的接近。将每一个传感元件68通过分开的传导迹线67连接到电容性触摸控制器56。传导迹线69将屏蔽区域70连接到电容性触摸控制器56。

PCB50提供用于安装电子部件以及形成提供移动设备10的功能所必要的传导迹线的基座。PCB50包括根据需要实现移动设备10的功能的未图解的其它电路元件以及半导体封装。PCB50包括对移动设备10而言必需的所有的电子部件。在其它实施例中，移动设备10的电子部件被跨越外壳20内的多个PCB分离。PCB50包括诸如通用串行总线（USB）端口、随机存取存储器（RAM）、闪存、图形处理单元（GPU）、或片上系统（SoC）的附加的部件。

电容性触摸控制器56是被设计用于测量传感元件58和68的自电容或固有电容的IC。自电容是在传导元件（例如，传感元件58）和接地电势之间测量的电容。当要被检测的对象（例如，用户30的膝盖、手指、手掌或脸）不在传感元件附近存在时，传感元件的自电容C_SENSOR是环境电容C_ENV。由来自传感元件58和68之一的与接近相应的传感元件的环境相互作用的电场确定C_ENV。具体地，来自传感元件的电场与诸如屏蔽区域60和70，迹线62、64、66、67和69，电源和接地平面，传导通孔以及IC之类的附近的对象相互作用。

当用户30的身体部分在传感元件附近存在时，传感元件的自电容C_SENSOR是C_ENV加上可归于身体部分的电容C_USER。当检测除了用户30的身体部分的对象时，C_USER是可归于所检测的对象的传感元件的自电容的部分。采用针对每个传感元件的C_ENV的值校准电容性触摸控制器56，并且电容性触摸控制器56从传感元件的总的自电容C_SENSOR中减去传感元件的C_ENV。剩余的电容是可归于在传感元件附近的用户30的身体部分或另一对象的自电容，即，C_USER。在实践中，在电容性触摸控制器56内的可配置的电容器组消去或抵消贡献于自电容的C_ENV，剩下C_USER以被测量（尽管在其它实施例中使用隔离C_USER与C_SENSOR的其它方法）。

如果C_USER，即所测量的可归于要被检测的用户30或另一对象的传感元件的自电容近似地等于0，则电容性触摸控制器56经由存储器映射的标记以及中断向CPU34报告没有接近。如果C_USER超过与要检测的人体部分或其它对象相关联的阈值，则电容性触摸控制器56以类似的方式报告接近。无论是否检测到接近，除了指示接近或没有接近的标记，电容性触摸控制器56针对每一个自电容测量向CPU34报告与C_USER成比例的数字值。CPU34使用接近标记用于其中只需要接近或没有接近的简单的应用，并使用数字C_USER值以实现更高级的功能。在一个实施例中，由CPU34使用数字C_USER值以确定用户30和特定的传感元件之间的距离。正被检测的对象和传感元件之间的距离近似地与所测量的可归于对象的自电容的倒数成比例（距离∝1/C_USER）。

电容性触摸控制器56首先通过使用电容器组消去C_ENV（如先前针对正被测量的特定传感元件确定的那样）来感测传感元件58和68的自电容。将剩下的电容C_USER转换成成比例的电压电势。在一些实施例中，将传感元件的整体的自电容C_SENSOR转换成成比例的电压并且然后使其减少与C_ENV成比例的电压。使用模数转换器将作为结果的与C_USER成比例的电压转换成数字值。处理数字C_USER值以确定C_USER是否超过用于确认接近的阈值。相应地设置接近标记并且使其可用于CPU34进行处理。也使数字C_USER值可用于CPU34。

在一个实施例中，电容性触摸控制器56包括被用于测量自电容的硬件传感模块的一个实例。电容性触摸控制器56使用电容性触摸控制器内部的多路复用器每次一个地测量每个传感元件58和68的自电容以控制将哪一个传感元件耦合到传感模块。电容性触摸控制器56按顺序在近似相同的频率处测量每一个传感元件，或遵循其它模式以采用不同的频率和顺序测量传感元件的自电容。

传感元件58和68是在PCB50的表面上形成的铜方材（虽然在一些实施例中将其它形状和其它传导材料用于传感元件）。在其它实施例中，将任何传导元件用于传感元件58和68。

传感元件58和68通过电场与诸如传导迹线、通孔和接地平面以及用户30的膝盖、手指、手掌或脸之类的附近的物质相互作用。当电荷被施加于传感元件58或68时，相反的电荷被朝着任何附近的材料内的传感元件吸引。当靠近传感元件58或68的材料的量增加时，针对传感元件的给定的电压电势，更大量的电荷被吸引到传感元件。因此，传感元件58和68的自电容是靠近每一个相应的传感元件的材料的量的函数。因为接地节点向传导材料内提供了附加的电荷的源，所以具有到接地电势处的电路节点的传导路径的传导材料具有对自电容的增加的影响。传感元件58和68通过接地节点将相反的电荷吸引到附近的传导材料中。

在与传感元件58相对的PCB50的表面上形成屏蔽区域60。屏蔽区域60为传感元件58的传感能力提供了定向性，并减少了来自对象和在移动设备10的背面上的RF信号的干扰。屏蔽区域60通过减少除了所期望要被测量的电容（即，C_USER）的自电容中的变化而改善接近测量的精确度。

屏蔽区域60被电连接到电容性触摸控制器56。电容性触摸控制器56采用与当测量传感元件58的自电容时的传感元件58类似的电压电势驱动屏蔽区域60。为了测量自电容，电容性触摸控制器56采用正弦波、方波、或到多分立电压电平来驱动传感元件，并且检测用于改变传感元件的电压所必需的电荷的量。电容的定义是每伏特的电荷。电容性触摸控制器56驱动屏蔽区域到与正在被测量的传感元件近似地相同的电压以减少屏蔽区域对自电容的影响。

在其它实施例中，屏蔽区域60被电连接到接地电势。将屏蔽区域60连接到接地电势提供了对传感元件58的自电容的C_ENV分量的增加。更高的C_ENV需要电容性触摸控制器56内的更大的电容器组以抵消更高的C_ENV。采用与传感元件58类似的电压电势驱动屏蔽区域60提供了较低的C_ENV，并减少了电容性触摸控制器56内的电容器组的所需要的尺寸。

传导迹线62将传感元件58耦合到电容性触摸控制器56。电容性触摸控制器56操纵传感元件58的电压并经由传导迹线62检测传感元件的自电容。传导迹线64将屏蔽区域60耦合到电容性触摸控制器56。电容性触摸控制器56经由传导迹线64控制屏蔽区域60的电压以使其与传感元件58的电压近似地相等。

传导迹线66将CPU34连接到电容性触摸控制器56。迹线66包括用于重置、中断、数据、地址、时钟、使能以及其它对CPU34和电容性触摸控制器56之间的通信所必需的信号的线路。在一个实施例中，CPU34使用内置集成电路（I²C）协议与电容性触摸控制器56通信。在其它实施例中，使用其它通信协议。在一些实施例中，与单个半导体管芯上的CPU一起实现电容性触摸控制器56的功能。在其它实施例中，电容性触摸控制器56和CPU34两者的半导体管芯被一起封装在多芯片模块中。

由CPU34使用被连接到电容性触摸控制器上的引脚的单个传导迹线66控制电容性触摸控制器56的一些功能（诸如启用或禁用传感）。通过CPU34从电容性触摸控制器56内的硬件寄存器读取或写至电容性触摸控制器56内的硬件寄存器来行使其它功能。从电容性触摸控制器56内部的存储器映射式硬件寄存器中读取数字C_USER值。当电容性触摸控制器56报告接近时，还由CPU34使用寄存器以设置C_USER的阈值。采用电容性触摸控制器56上的分立的输入或输出引脚以及电容性触摸控制器内的硬件寄存器来实现某功能。通过CPU34触发电容性触摸控制器的重置输入引脚，或通过CPU写至电容性触摸控制器内的软式重置寄存器来重置电容性触摸控制器56。

传导迹线67将传感元件68连接到电容性触摸控制器56。电容性触摸控制器56经由相应的迹线67测量每一个传感元件68的自电容。每一个传感元件68都在按钮14之一之下并对应于按钮14之一。当传感元件68的自电容升高到预确定的阈值之上时，电容性触摸控制器56向CPU34报告用户30在传感元件68附近。CPU34从电容性触摸控制器56接收接近标记并执行代码以处置该按钮按压。电容性触摸控制器56每次一个地测量每一个传感元件58和68的自电容，并每次一个地针对每一个个别的传感元件向CPU34报告接近。

在与传感元件68相对的PCB50的表面上形成屏蔽区域70。屏蔽区域70减少来自对象和移动设备10的背面上的RF干扰的噪声。屏蔽区域70防止当用户30触摸移动设备10的背面时按钮14的按钮按压被激活。

将屏蔽区域70连接到电容性触摸控制器56的与屏蔽区域60分开的端子或引脚。电容性触摸控制器56能够分开地控制屏蔽区域60和屏蔽区域70。电容性触摸控制器56驱动屏蔽区域60到与当测量传感元件58的自电容时传感元件58的电压近似地相等的电压。当电容性触摸控制器正感测传感元件68的自电容时，电容性触摸控制器将屏蔽区域60置于未激活的状态下并代替地驱动屏蔽区域70。当屏蔽区域是未激活的时，电容性触摸控制器56将屏蔽区域置于高阻抗中或驱动屏蔽区域到静态的电压电平。当电容性触摸控制器56正感测传感元件68的自电容时，电容性触摸控制器驱动屏蔽区域70到与正被测量的特定的传感元件68近似地相等的电压电势。当电容性触摸控制器56正感测传感元件58的自电容时，屏蔽区域70是未激活的。

在电容性触摸控制器56上提供被连接到分开的端子的屏蔽区域60和70减少了电容性触摸控制器上的屏蔽区域的负载。电容性触摸控制器56不一起驱动每一个屏蔽区域。减少电容性触摸控制器56上的总的屏蔽负载使得屏蔽区域更加响应于传感元件的电压方面的改变，提供改善的噪声消除。另外，分开屏蔽区域60和70到电容性触摸控制器56的连接减少了在一个屏蔽区域上接收的干扰影响另一屏蔽区域的量。当由通过在PCB50上的远程位置处的另一屏蔽区域接收的干扰影响一个屏蔽区域的电压时，减小了屏蔽区域的有效性。当屏蔽区域不是在与对应的传感元件类似的电压处时，屏蔽区域影响传感元件的环境自电容C_ENV并且减小了测量的精确度。另外，具有在移动设备10的远的位置处的被连接到电容性触摸控制器56的单个引脚的两个屏蔽区域产生连接屏蔽区域的充当比以其他方式使用的迹线更长的天线的迹线，增加所接收的总的干扰。采用分开的端子隔离每一个屏蔽区域降低了最大迹线长度并且减少了通过传导迹线获得的干扰。

在图2b中，用户30将移动设备10拿到他的或她的头上。由于传感元件和用户30之间的电场的相互作用，传感元件58的自电容增加。在移动设备10被设置在用户30附近之前，移动设备前面的区域由对自电容具有比用户的头更小的影响的空气占用。电容性触摸控制器56检测传感元件58的自电容的上升，并通知CPU34用户30的接近。CPU34因此减少移动设备10的功率输出以保持遵守SAR规定。CPU34还禁用触屏12以减少功率使用并防止用户30用他的或她的脸不小心激活触屏的元件。

图3a是图解传感元件58和在PCB的顶表面上形成的可选的屏蔽区域71的PCB50的部分截面图。在与传感元件58和屏蔽区域71相对的PCB50的底表面上形成屏蔽区域60。在传感元件58和屏蔽区域71之上形成可选的覆盖物72用于传感元件的物理隔离和保护。

由与酚醛树脂棉纸、环氧化物、树脂、玻璃织物、毛玻璃、聚酯以及其它加强光纤或织品结合的聚四氟乙烯预浸渍的（预浸材料）、FR-4、FR-1、CEM-1、或CEM-3的一个或多个层形成PCB50。在PCB50的表面上形成或设置诸如传导迹线以及IC的对于移动设备10的功能必需的电子组件。在一个实施例中，使用包括PCB的顶表面和底表面之间的层上的电子组件的多层PCB50。通过在PCB中形成的传导通孔来连接PCB50的不同的层或表面上的组件。

传感元件58和屏蔽区域71以及传导迹线62、64、66、67和69被形成为PCB50上的金属层。在一个实施例中，使用诸如丝网印刷、照相凸版印刷、或PCB磨制的减去方法由单个的均匀的金属层形成传感元件58、屏蔽区域71以及传导迹线。在其它实施例中，使用诸如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电解电镀、无电电镀或另一合适的金属沉积过程之类的添加或半添加方法。由与传感元件58和屏蔽区域71类似的过程形成屏蔽区域60。

传感元件58，屏蔽区域71，屏蔽区域60以及传导迹线62、64、66、67和69包括铝（Al）、铜（Cu）、锡（Sn）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、铟锡氧化物（ITO）、印刷传导墨水或其它合适的导电材料的一个或多个层。在PCB50的与传感元件58相同的表面上形成迹线62、66和67。迹线64和69分别地连接PCB50的相对的表面上的屏蔽区域60和70。同样地，在PCB50的每一侧上部分地形成迹线64和69。传导通孔连接PCB50的相对侧上的迹线64和69的部分。

在一些实施例中，在相对于传感元件58的PCB50的表面上或当使用多层PCB时在中间层上形成迹线62、66和67。当不在相同的表面上形成迹线时，在需要将迹线连接到CPU34、电容性触摸控制器56、传感元件58和传感元件68的情况下使用传导通孔。传导通孔将屏蔽区域71连接到屏蔽区域60以便电容性触摸控制器56驱动两个屏蔽区域到类似的电压电势。

屏蔽区域60和71提供了噪声阻塞功能以及用于传感元件58的定向性。屏蔽区域60和71提供了在不同于期望传感的方向的每一个方向上都基本环绕传感元件58的电磁屏蔽。来自传感元件58的电场与具有对自电容的稳定影响的屏蔽区域60和71相互作用，而不是与和具有关于传感元件的动态电容的屏蔽区域相对的其它对象相互作用。屏蔽区域60和71还减少了影响所检测的电容的精确度的电磁噪声。

屏蔽区域71帮助减少来自也被设置在PCB50上的移动设备10的周围组件的噪声。在一个实施例中，在屏蔽区域60和71之间提供多个传导通孔以进一步改善来自传感元件58的横向上的抗噪度。在一些实施例中，与穿过PCB50的传导通孔一起提供屏蔽区域60以提供在没有屏蔽区域71的情况下的横向抗噪度。在其它实施例中，屏蔽区域60被弯曲、弯折或以其他方式包括穿过PCB50的垂直组件以减少传感元件58和移动设备10的其它组件之间的干扰。类似于屏蔽区域60地形成并操作屏蔽区域70。

如图3a-3c中图解的那样，在屏蔽区域60和71环绕着在底部和侧部上的传感元件58的情况下，当在与屏蔽区域60相对的传感元件58之上设置时检测身体部分。当用户30的手指或其它身体部分被设置在PCB50的背侧上（即，在PCB的与传感元件58相对的侧上）时，屏蔽区域60限制电容性触摸控制器56的检测能力。屏蔽区域60通过提供更稳定的C_ENV改善测量传感元件58的自电容的精确度以便C_USER被更精确地与C_SENSOR隔离并测量C_USER。

屏蔽区域60和71被电连接到电容性触摸控制器56。电容性触摸控制器56驱动屏蔽区域60和71到与当感测传感元件58的自电容时的传感元件58类似的电压电势。在其它实施例中，屏蔽区域60和71被电连接到接地电势。由于接地提供了被吸引到传感元件的电荷的源，所以将屏蔽区域60和71连接到接地电势提供了对传感元件58的自电容的C_ENV分量的增加。更高的C_ENV需要电容性触摸控制器56内的更大的电容器组以抵消更高的C_ENV。电容性触摸控制器56将屏蔽区域60和71驱动到与传感元件58类似的电压电势通过减少传感元件在屏蔽区域中吸引的电荷的量来减小传感元件58的自电容。

覆盖物72为传感元件58提供物理隔离和保护。覆盖物72通过保护传感元件58免受诸如灰尘、污垢、雨和风的环境危险影响而增加移动设备10的鲁棒性。在一个实施例中，覆盖物72是集成到外壳20中的塑料或玻璃片材。覆盖物72是半透明的、透明的或不透明的。由具有足以容许电场在传感元件58和用户30的身体部分或被设置在传感元件附近的另一对象之间传播的电场电容率的材料形成覆盖物72。在传感元件68之上形成的类似的覆盖物包括图案化设计以向用户30指示按钮14的位置和功能。

图3b图解了当没有人体部分在传感元件附近时的传感元件58和屏蔽区域60和71之间的电场。电场80在传感元件58和屏蔽区域71之间延伸。电场82在传感元件58和屏蔽区域60之间延伸。电场80和82是与传感元件58相互作用的电场的简化的图解。在实践中，电场是复杂的并且不只延伸到屏蔽区域60和71，而且延伸到诸如传导通孔或传导迹线的在传感元件58附近的任何传导材料。当用户30不在附近时，传感元件58的环境自电容C_ENV是来自与屏蔽区域60和71以及传感元件附近的其它传导材料相互作用的传感元件的电场80和82的量度。

当传感元件58上存在电荷时，电场80和82吸引附近的传导材料内的相反的电荷。当在对象的原子中存在相比于质子的数目过剩的电子时存在负电荷。当相比于质子的数目存在电子的不足时存在正电荷。被充了负电的材料吸引正电荷，并且被充了正电的材料吸引负电荷。当第一对象具有正电荷时，附近的传导对象中的电子被吸引到第一对象，产生附近的对象中的负电荷的区域。当第一对象具有负电荷时，附近的传导对象中的电子被排斥，产生附近的对象中的正电荷的区域。负电荷和正电荷是相反的。

在图3c中，用户30的手指84在传感元件58附近。虽然图解了手指，但是膝盖、手掌、脸或例如桌子或椅子的其它对象也能够被检测。电场86吸引与传感元件58上的电荷相反的电荷到手指84的尖端。在手指84中被吸引的附加的电荷增加了必须由电容性触摸控制器56提供到传感元件58以达到传感元件的给定的电压电势的电荷的总量。由于每伏特电荷是定义电容的公式，所以具有被吸引到传感元件58的附加电荷的附加传导材料增加了传感元件的自电容。在图3c中，由电场80和82代表C_ENV，由电场86代表C_USER，并且C_SENSOR是C_ENV和C_USER的和。

电容性触摸控制器56测量传感元件58的自电容，并且因此C_USER已经上升。在电容性触摸控制器56的硬件寄存器内设置标记，并且电容性触摸控制器向CPU34断言中断信号。CPU34接收到中断并执行与接近传感器11的新的接近读取相关联的程序代码。在移动设备10的情况中，CPU34执行减小RF功率输出并禁用触屏12的代码。

电容性触摸控制器56测量手指84离传感元件58的距离以及检测接近或没有接近。手指84越靠近传感元件58，手指84对传感元件的自电容的影响越大。电容性触摸控制器56隔离C_USER，即手指84对传感元件58的自电容的贡献，并使用公式以将C_USER转化成距离。在其它实施例中，CPU34从电容性触摸控制器56中的寄存器读取传感元件58的自电容的值并将自电容值转换成距离。提供精确的基于传感元件58的自电容的距离测量需要屏蔽区域60和71有效地减少C_ENV随时间的变化。类似于传感元件58地形成并操作传感元件68。

在一些实施例中，将多个传感元件设置成在触屏12后面展开以向CPU34提供关于用户30离触屏的距离（即，在z轴方向上）的反馈。电容性触屏经常使用差分电容性或互电容性传感以确定用户30相对于触屏12的位置。互电容性传感元件的行和列确定用户30在x和y轴中的位置。触屏12的x轴从触屏的左侧向右侧延伸，而y轴从触屏的底部（靠近按钮14）向顶部（靠近扬声器16）延伸。互感触摸传感器在x和y方向上是精确的，但是没有给出用户30在z方向上的位置的精确的读数。z轴以垂直于触屏的方向从触屏12朝着用户30向外延伸。

在触屏12下面添加利用自电容的传感元件将z轴检测添加到现有的触屏。自电容传感器具有比利用互电容的传感器更精确的z轴检测。被添加到触屏12下面的自电容传感元件容许CPU34接收对用户30的身体部分在x、y和z轴中的位置的反馈。三维位置传感容许用户30与移动设备10的更丰富的交互，以及移动设备的更高级的功能。在一个实施例中，由触屏12下面的自电容传感元件使能的z轴反馈容许用户30通过在触屏上方的三个维度中移动手指84来控制在移动设备10上玩的游戏。

图4是用于操作多个屏蔽区域和多个传感元件的电容性触摸控制器56的内部组件的框图。模拟前端（AFE）102检测传感元件58和68的自电容并将自电容的数字值输出到数字处理单元104。寄存器106包括通过电容性触摸控制器56使用以向CPU34报告信息并通过CPU使用以配置电容性触摸控制器的各种硬件寄存器。屏蔽控制108启用或禁用屏蔽区域，并驱动所启用的屏蔽区域到与正被测量的传感区域类似的电压电势。多路复用器（MUX）控制110控制通过MUX112将哪个屏蔽区域耦合到屏蔽控制108以及通过MUX114将哪个传感元件耦合到AFE102。

AFE102包括被调节以近似地消去C_ENV的影响以便由于外部对象的接近导致的电容C_USER被隔离并被精确地测量的可配置的电容器组。C_USER是可归于用户30的身体部分或要被检测的其它对象的传感元件58或68的自电容的一部分。

来自寄存器106的数字值基于在前的C_ENV的读数配置AFE102中的电容器组。AFE102中的可配置的电容器组被用于生成近似地与先前检测的C_ENV成比例的电压。AFE102还生成近似地与C_SENSOR（即传感元件58的总的自电容）成比例的电压。AFE102从与C_SENSOR成比例的电压中减去与C_ENV成比例的电压以产生近似地与C_USER成比例的电压。通过AFE102内的模数转换器将与C_USER成比例的电压转换成数字值并输出到数字处理单元104。

数字处理单元104从AFE102接收近似地与传感元件58或68的C_USER成比例的数字值并将该值写入寄存器106中的硬件寄存器。被写入寄存器106中的寄存器的数字C_USER值可由CPU34通过读取寄存器得到。寄存器106包括电容性触摸控制器56的每个可用的传感端子一个寄存器。CPU34通过读取对应的寄存器来读取任何传感元件的最近的C_USER读数。存储在寄存器106的硬件寄存器中并由CPU34配置的不同的数字值指示C_USER必须达到的阈值以便电容性触摸控制器56向CPU34报告接近。如果来自AFE102的数字C_USER值超过来自寄存器106的阈值，数字处理单元104使寄存器106中的接近状态标记变成逻辑“1”，并且使CPU34中断以处理接近事件。在一个实施例中，寄存器106包括用于电容性触摸控制器56的每一个可利用的传感端子的分开的阈值寄存器。

每次传感元件58或68的自电容被转换成新的C_USER值时，数字处理单元104在寄存器106中存储C_USER的数字值。在一个实施例中，数字处理单元104将来自AFE102 的新的C_USER值存储在寄存器106中。在另一实施例中，数字处理单元104在存储在寄存器106中之前（例如）通过针对C_ENV的漂移调节C_USER或通过过滤高频噪声来调节C_USER值。

寄存器106包括由CPU34使用以配置电容性触摸控制器56的或由电容性触摸控制器使用以向CPU报告接近和其它信息的各种存储器映射式硬件寄存器。由制造商设置寄存器106的一些硬件寄存器用于制造商期望针对移动设备10的寿命永久地设置或直到由制造商的更新修改的配置方面。寄存器106包括用于当用户30的接近状态已改变（即，用户已经进入或离开传感元件58或68的附近）时通知CPU34的中断请求（IRQ）比特。寄存器106还包括用于完成新的C_USER读取或C_ENV的新的校准的IRQ比特。由CPU34使用寄存器106以设置当接近被视为被检测到时的C_USER的阈值、重置电容性触摸控制器56以及除其它用途之外设置将针对每一个个别的传感元件发生的周期性电容读取所依照的频率。

寄存器106包括存储针对每一个传感元件58和68的校准值的寄存器。校准值配置AFE102中的电容器组以正确地针对每一个个别的传感元件抵消C_ENV。电容性触摸控制器56在重置电容性触摸控制器之后并在其后周期性地运行校准例程。在校准例程期间，电容性触摸控制器56使用二分算法尝试用于配置AFE102中的电容器组的不同的值直到存储在寄存器106中的所检测的C_USER值近似地等于0。导致当用户30不在传感元件附近时的近似为0的C_USER读数的AFE102中的电容器组的配置值正确地校准AFE102以从C_SENSOR中消除C_ENV并隔离C_USER。在每个传感元件58和68被单独地耦合到AFE102以采用针对每个传感元件的有效校准值配置寄存器106的情况下执行二分算法。

屏蔽控制108根据哪个传感元件58或68正被读取来启用或禁用屏蔽区域60或70。CPU34设置寄存器106中的寄存器以启用或禁用每一个个别的传感元件的屏蔽功能。当电容性触摸控制器56正感测传感元件的自电容时，屏蔽控制108确定正在检测哪个传感元件并根据寄存器106中的配置启用或禁用屏蔽。在一个实施例中，在不需要精确的z轴测量或期望全方向传感的情况下针对一组传感元件禁用屏蔽。针对其它传感元件，屏蔽保持启用。当屏蔽被启用时，屏蔽控制108使用缓冲器以驱动输出到与正被测量的传感元件近似地相同的电压。当屏蔽被禁用或未激活时，屏蔽控制108提供在高阻抗处或在静态电压电平处的输出。

MUX控制110控制将哪个传感元件58或68耦合到AFE102。MUX控制110基于寄存器106中配置的传感模式驱动MUX114的选择输入。在一个实施例中，电容性触摸控制器56被配置成以特定的顺序重复地读取每一个传感元件58和68。以近似相同的频率测量每一个传感元件。在其它实施例中，CPU34配置电容性触摸控制器56以便以不同于传感元件58的测量频率的第一频率测量传感元件68的自电容。在一个实施例中，CPU34设置测量传感元件58和68的专门顺序或模式。在其它实施例中，CPU34设置针对每一个传感元件的测量的所期望的频率，并且MUX控制110使用算法来确定何时启用每一个传感元件。

MUX控制110控制将屏蔽区域60和70中的哪一个耦合到屏蔽控制108。MUX控制110驱动MUX112的选择输入以将屏蔽区域60或屏蔽区域70耦合到屏蔽控制108。在一个实施例中，CPU34使用寄存器106将电容性触摸控制器56的每一个传感端子分配到电容性触摸控制器的屏蔽引脚或端子。MUX控制110基于哪个屏蔽区域与当前正被测量的传感元件相关联来设置MUX112的选择输入。

电容性触摸控制器56每次一个地测量每一个传感元件58和68的自电容。首先，MUX控制110读取寄存器106以确定什么顺序来启用传感元件以及哪个屏蔽区域与每一个传感元件相关联。MUX控制110触发到MUX114的控制线以将正确的传感元件58或68耦合到AFE102。MUX控制110触发到MUX112的控制线以将正确的屏蔽区域60或70耦合到屏蔽控制108。屏蔽控制108确定是否针对当前传感元件启用屏蔽区域。如果在寄存器106中针对正被测量的传感元件启用屏蔽区域，则屏蔽控制108经由缓冲器将MUX112耦合到AFE102的输出。屏蔽控制108中的缓冲器以与到MUX114的AFE102输出近似相同的电压驱动到MUX112的屏蔽控制输出，同时也提供屏蔽组件与传感组件的隔离。如果在寄存器106中针对正被测量的传感元件禁用屏蔽区域，则屏蔽控制108将屏蔽控制的输出以高阻抗的状态置于MUX112，或驱动输出到静态的电压电平。

在要被测量的正确的传感元件通过MUX114被耦合到AFE102以及正确的屏蔽区域通过MUX112被耦合到屏蔽控制108的情况下，AFE102开始测量所连接的传感元件的自电容。AFE102驱动传感元件58或68到不同的DC电压并测量传感元件为达到电压电平所需要的电荷量。在一个实施例中，AFE102采用交流电（AC）电压驱动传感元件58或68。在其它实施例中，使用确定传导对象的自电容的其它方法。

内部地，AFE102生成近似地与所连接的传感元件58或68的自电容C_SENSOR成比例的电压电势。AFE102还使用先前存储的C_ENV的数字值来生成近似地与传感元件的环境自电容成比例的电压。AFE102从与C_SENSOR成比例的电压中减去与C_ENV成比例的电压以生成近似地与可归于用户30的自电容C_USER的量成比例的电压。AFE102包括产生等价于模拟C_USER电压的数字值的模数转换器。将数字C_USER值输出到数字处理单元104。

数字处理单元104从AFE102接收数字C_USER值并对该值执行任何期望的数字处理。在一个实施例中，由于温度或其它环境变量方面的偏移，数字处理单元104针对C_ENV的漂移调节C_USER值。数字处理单元104将所调节的C_USER值存储在寄存器106的与当前通过MUX114耦合到AFE102的传感元件相关联的寄存器中。电容性触摸控制器56使CPU34中断以警告CPU完成了新的自电容测量。

随着MUX控制110基于寄存器106中的设置确定下一个要被测量的传感元件，自电容测量过程再一次开始。MUX控制110使用MUX114将下一个要被测量的传感元件耦合到AFE102，并经由MUX112将相关联的屏蔽区域耦合到屏蔽控制108。AFE102生成与新耦合的传感元件的C_USER成比例的数字值，并且在存储到寄存器106中之前数字处理单元104调节该值。再一次使CPU34终端并且MUX控制110将下一个传感元件耦合到AFE102。

使用分开的传导迹线和电容性触摸控制器上的分开的引脚或端子将屏蔽区域60和屏蔽区域70分开地耦合到电容性触摸控制器56。从屏蔽区域70隔离屏蔽区域60减少了当驱动屏蔽区域时屏蔽控制108上的负载。屏蔽控制108上的减少的负载容许屏蔽区域的电压随着正被测量的传感元件的电压改变而更快地改变。当屏蔽区域不与传感元件处于相同的电压时，屏蔽区域影响传感元件的环境电容C_ENV。保持屏蔽区域处于接近传感元件的电压的电压提供了自电容的更稳定的C_ENV分量。当减小了C_ENV中的波动时，AFE102在消去对自电容的环境贡献方面更精确，并且更精确的C_USER值被隔离并被存储在寄存器106中。

隔离屏蔽区域60和屏蔽区域70还减小了由一个屏蔽区域接收的干扰影响与其它屏蔽区域相关联的传感元件的自电容的读数的量。当AFE102正测量传感元件58的自电容时，通过屏蔽区域70和迹线69拾取的干扰流向MUX112。MUX112不从迹线69向迹线64和屏蔽区域60显著地传播该干扰，这可能影响传感元件58的C_ENV。传感元件58的测量的精确度并不被在屏蔽区域70和迹线69上接收的干扰显著地降低。采用在PCB50上的远的位置处的屏蔽区域60和屏蔽区域70，将两个屏蔽区域耦合到电容性触摸控制器56的单个引脚的迹线扮演了天线的角色，其中长的迹线拾取影响与任一屏蔽区域相关联的所有传感元件的读取的RF干扰。因为较短的迹线较少地被RF辐射影响并且因为在一个屏蔽区域中的干扰不显著地影响另一屏蔽区域，所以使用电容性触摸控制器56上的分开的引脚隔离屏蔽区域60和70减少了RF干扰。

图5a图解了电容性触摸控制器130。电容性触摸控制器130与电容性触摸控制器56类似地操作，但是电容性触摸控制器130包括测量12个不同的传感元件的自电容的能力并且利用多达三个分开的屏蔽区域。电容性触摸控制器130的AFE132与电容性触摸控制器56的AFE102类似地操作。数字处理单元134与数字处理单元104类似地操作。寄存器136与寄存器106类似地操作。屏蔽控制138与屏蔽控制108类似地操作。MUX控制140 与MUX控制110类似地操作。MUX142与MUX112类似地操作，但是MUX142为电容性触摸控制器130提供附加的屏蔽输出端口。MUX144与MUX114类似地操作，但是提供与由MUX114提供的4个连接相对比的到电容性触摸控制器130的12个传感元件连接。将图5a中的电容性触摸控制器130连接到三个屏蔽区域150-154以及12个传感元件160-186。每一个个别的屏蔽区域150-154与屏蔽区域60和70类似地操作。每一个个别的传感元件160-186与传感元件58和68类似地操作。

AFE132检测传感元件160-186的总的自电容C_SENSOR。然后AFE132消除可归于环境因素的自电容的部分C_ENV以隔离可归于用户30或另一对象的自电容的部分C_USER。AFE132将C_USER转换成数字值并将该数字值发送到数字处理单元134。数字处理单元134对该C_USER值执行数字处理并且然后将该值存储在寄存器136中以便CPU34可以读取该值。将每一个C_USER读数存储在寄存器136的对应于被用于进行电容读取的特定传感端子148的寄存器中。CPU34配置电容性触摸控制器130以当已经测量每一个传感元件时或当每一个分组都完成时使CPU中断。在其它实施例中，CPU34禁用、中断以及轮询寄存器136中的状态寄存器以确定新的测量结果何时是可利用的。

寄存器136包括用于配置被连接到电容性触摸控制器130的屏蔽区域和传感元件的寄存器。通过CPU34写入寄存器136中的存储器映射式寄存器来启用或禁用每一个个别的传感端子或引脚148。如果制造商正利用12个不同的传感元件（如图5a中所示），CPU34写入寄存器136并启用所有的12个传感端子148。如果使用少于12个传感元件，在寄存器136中禁用一些传感端子148以便电容性触摸控制器130不尝试测量在没有所连接的传感元件的端子上的自电容。

寄存器136包括用于将每一个个别的传感端子148与特定屏蔽端子146相关联的寄存器。在图5a中，将四个传感端子148与每一个屏蔽端子146关联。在其中使用了少于三个屏蔽区域的实施例中，没有传感端子148与屏蔽端子146之一关联。当没有传感端子148与特定屏蔽端子146关联时，该特定屏蔽端子146在任何传感端子148的测量期间不通过MUX142耦合到屏蔽控制138。在其它实施例中，寄存器136包括用于启用或禁用个别的屏蔽端子146的寄存器。

寄存器136包括用于针对电容性触摸控制器130测量每一个传感元件的自电容配置顺序或频率的寄存器。在一个实施例中，CPU34对电容性触摸控制器130进行编程以按顺序尽可能快地测量每一个传感端子148。按顺序以近似相同的频率测量所有的12个传感端子148。在其它实施例中，传感元件160-166被用于不要求快速的检测接近的目的。CPU34对寄存器136进行编程以便每秒测量一次传感元件160-166。电容性触摸控制器130在每秒的传感元件160-166的测量之间尽可能快地连续测量传感元件170-186的自电容。在其它实施例中使用用于设置测量每个传感端子148的频率的其它模式和配置。针对不同的测量频率个别地配置每一个个别的传感元件160-186。还基于与屏蔽区域150-154的关联对传感端子148分组，并且针对传感元件的每一个分组设置测量频率。

寄存器136包括针对每一个传感端子148的校准寄存器。由电容性触摸控制器130将校准寄存器值确定为将AFE132中的电容器组配置成抵消每一个特定的传感元件的C_ENV的值。类似于寄存器106，使用二分算法填充校准寄存器。在一些其中不是所有的传感端子148都被耦合到传感元件的实施例中，电容性触摸控制器130不执行二分算法以针对没有所连接的传感元件的传感端子确定校准值。

屏蔽控制138采用与从AFE132到MUX144的信号近似相同的电压电势驱动输出到MUX142。缓冲器驱动屏蔽控制138的输出直到从屏蔽组件中隔离AFE132。在一个实施例中，屏蔽控制138总是驱动输出到与AFE132正驱动到MUX144类似的电压。当正在测量不与屏蔽端子146关联的传感端子148时，屏蔽控制138驱动输出到MUX142，但是MUX142不将屏蔽控制138耦合到屏蔽端子146。在其它实施例中，当测量不与屏蔽区域关联的传感元件时，禁用屏蔽控制138。在一些实施例中，CPU34将一个传感元件160-186配置成与多个屏蔽区域150-154关联。MUX142容许两个传感端子146被耦合到屏蔽控制138以便多个屏蔽区域被组合用于单个传感元件。

MUX控制140从寄存器136中读取配置并操作MUX142和MUX144的选择输入以执行由CPU34设置的测量传感端子148的顺序或模式。MUX142包括到电容性触摸控制器130的每一个屏蔽端子146的连接。MUX142将屏蔽端子146中的一个耦合到屏蔽控制138。从MUX控制140到MUX142的选择输入控制在任何给定的时刻将哪个屏蔽端子146耦合到屏蔽控制138。MUX144包括到电容性触摸控制器130的每一个传感端子148的连接。MUX144将传感端子148中的一个耦合到AFE132。从MUX控制140到MUX144的选择输入控制在任何给定的时刻将哪个传感端子148耦合到AFE132。

MUX控制140控制MUX142和MUX144以将单个传感元件160-186耦合到AFE132以及在0和3个相关联的屏蔽区域150-154之间耦合到屏蔽控制138。一旦AFE132和数字处理单元134已经测量了所连接的传感元件的自电容并将值存储在寄存器136中，MUX控制140触发MUX142和MUX144的选择输入以连接下一个要被测量的传感元件。MUX控制140继续选择不同的传感元件并等待直到将自电容的数字C_USER值存储到寄存器136中。一旦已经将针对每一个传感元件的C_USER值存储在寄存器136中，MUX控制140重复所述模式，其中每一个传感元件正被一次一个地测量以用新的C_USER值覆写寄存器136中的旧的C_USER值。在其它实施例中，CPU34将电容性触摸控制器130配置成遵循用于测量传感元件160-186的自电容的其它模式。

电容性触摸控制器130容许在移动设备10中的远的位置处使用传感元件的多个分组（其中针对传感元件的每个分组使用分开的屏蔽区域），而不需要多个传感集成电路。单个电容性传感电路（即AFE132）通过对传感操作进行时间多路复用而用于所有的传感器和传感器分组。对所有传感器分组使用单个电容性传感电路减少实现传感功能所需的物理区域，从而为移动设备10的制造商减少成本。

针对不同的传感器分组使用个别的屏蔽区域减少每一个传感器分组对噪声的敏感性，并通过不使用一个大的共同的屏蔽使传感器分组与彼此隔离。不在传感元件的分组之间传递通过一个屏蔽区域拾取的噪声以引起在其它分组中的干扰。个别的屏蔽区域对一个大的共同的屏蔽的改善的性能通过改善屏蔽的环境噪声拒绝来改善传感元件的精确度。因为针对每一个正被测量的传感元件减少了屏蔽控制138上的负载，所以屏蔽控制在将屏蔽区域驱动到与传感元件类似的电压电势方面更快地操作并且需要更少的功率。电容性触摸控制器130提供了具有低复杂性和高使用灵活性的低成本单个芯片解决方案。

如在图5a中配置的，将12个传感元件和3个屏蔽区域连接到电容性触摸控制器130。图5b图解了不利用每一个传感端子148和屏蔽端子146并且包括不具有相关的屏蔽区域的传感元件的电容性触摸控制器130的另一配置。CPU34已经将电容性触摸控制器130配置成和第一屏蔽端子146一起使用3个传感端子148，和第二屏蔽端子146一起使用6个传感端子148，以及一个传感端子148没有与任何屏蔽端子146相关联。两个传感端子148没有被使用，以及一个屏蔽端子146没有被使用。

传感元件194-198被用于移动设备10的按钮14，并分享屏蔽区域190。当由传感元件194-198中的一个检测用户30的接近时，通知CPU34以便操作系统可以处理按钮按压。传感元件200-205被分布在触屏12下面以增加到触屏的高精确度z轴检测。CPU34读取传感元件200-205的电容值以确定手指或用户30的其它身体部分离触屏12的距离。传感元件200-205分享屏蔽区域192。传感元件210被用于接近传感器11。不与传感元件210一起使用屏蔽区域，因为CPU34需要接近或没有接近，而不需要高精确度z轴距离。在其它实施例中，以任何数目和出于期望检测对象的接近或距离的任何原因将传感端子148分组到屏蔽端子146。在一些实施例中，提供多于或少于12个传感端子和多于或少于三个屏蔽端子。

在使用传感元件200-205检测用户30离触屏12的z轴距离中，CPU34期望实时反馈以便用户不察觉手指的动作和触屏上显示的反应之间的任何延迟。传感元件200-205被配置成尽可能快地被电容性触摸控制器130测量。电容性触摸控制器130测量传感元件200的自电容并将C_USER值存储在寄存器136中，然后立即测量传感元件201的自电容，随后是传感元件202-205。一旦已经测量了每一个传感元件200-205的自电容，电容性触摸控制器130返回再一次测量传感元件200的自电容而不等候任何时间过去，除非预定要测量传感元件194-198或210。在传感元件200-205的测量期间，屏蔽区域192保持通过MUX142耦合到屏蔽控制138。

传感元件210不需要与传感元件200-205一样高的频率接近检测。CPU34将电容性触摸控制器130配置成在每测量五次传感元件200-205之后测量一次传感元件210。MUX控制140包括计数器，每次MUX控制完成测量所有传感元件200-205的自电容时计数器就递增。当计数器达到5时，MUX控制140控制MUX144将传感元件210耦合到AFE132并控制MUX142以便没有屏蔽区域被耦合到屏蔽控制138。将传感元件210的C_USER存储在寄存器136中对应的寄存器中，并且重置MUX控制140中的计数器。电容性触摸控制器130在测量传感元件210之后返回快速地测量传感元件200-205的自电容。

传感元件194-198也需要比传感元件200-205低的检测频率。CPU34设置寄存器136中的配置寄存器，其命令电容性触摸控制器130每四分之一秒测量一次传感元件194-198的自电容。MUX控制140包括被配置成在四分之一秒后超时的计时器。当计时器超时时，MUX控制140控制MUX142将屏蔽区域190耦合到屏蔽控制138。通过MUX控制140控制MUX144以将传感元件194-198每次一个地耦合到AFE132用于测量。将每一个传感元件194-198的C_USER值存储在寄存器136中的对应的寄存器中。当检测到接近时还将使CPU34中断（如果电容性触摸控制器130被配置成这么做的话）。在一些实施例中，电容性触摸控制器130被配置成采用任何设定频率或周期长度来测量个别的传感元件的自电容。随着期望较频繁或较不频繁的测量动态地改变测量频率。在其它实施例中，CPU34针对传感元件的测量设置特定模式或以其他方式配置电容性触摸控制器130以按任何期望的顺序测量自电容。

定制与个别的屏蔽区域一起使用的传感元件的分组提供了定时方面的灵活性以及用于不同分组的其它约束。可以针对传感元件的不同分组最优化性能，并且制造商可以针对每一个分组例如在性能、精确度以及功率消耗之间进行不同的权衡。制造商最优地配置一组传感元件以用于一次使用而不招致或防止针对传感元件的另一分组的其它配置。单个芯片实现减少了所使用的区域和成本。

虽然详细地图解了本发明的一个或多个实施例，但是本领域技术人员将要领会到的是，可以进行对那些实施例的修改和调节，而不脱离如以下的权利要求中提出的本发明的范围。

Claims

1.一种制造接近传感器的方法，包含：

提供电容性触摸控制器；

将第一屏蔽区域耦合到所述电容性触摸控制器的第一屏蔽端子；

将第二屏蔽区域耦合到所述电容性触摸控制器的第二屏蔽端子；

将第一传感元件直接设置在所述第一屏蔽区域上方和所述第二屏蔽区域的占用空间的外部；以及

将第二传感元件直接设置为在所述第二屏蔽区域上方和所述第一屏蔽区域的占用空间的外部；

将所述电容性触摸控制器配置成使所述第一屏蔽区域与所述第一传感元件相关联；以及

将所述电容性触摸控制器配置成使所述第二屏蔽区域与所述第二传感元件相关联。

2.如权利要求1的方法，还包括将多个第一传感元件直接设置在所述第一屏蔽区域上方和所述第二屏蔽区域的占用空间的外部。

3.如权利要求1的方法，还包括：

将所述第一传感元件耦合到所述电容性触摸控制器的第一传感端子；以及

将所述第二传感元件耦合到所述电容性触摸控制器的第二传感端子。

4.如权利要求1的方法，还包括采用所述电容性触摸控制器测量所述第一传感元件的自电容，同时所述第二屏蔽区域是未激活的。

5.如权利要求1的方法，还包括将所述电容性触摸控制器配置成以第一频率测量所述第一传感元件的自电容。

6.一种制造接近传感器的方法，包含：

提供电容性触摸控制器；

将第一屏蔽区域耦合到所述电容性触摸控制器的第一端子；

将第二屏蔽区域耦合到所述电容性触摸控制器的第二端子；

将传感元件设置在所述第一屏蔽区域上方；以及

采用所述电容性触摸控制器测量所述传感元件的自电容，同时所述第二屏蔽区域是未激活的。

7.如权利要求6的方法，其中提供所述电容性触摸控制器包括提供被耦合到所述第一屏蔽区域或第二屏蔽区域的屏蔽控制模块。

8.如权利要求7的方法，其中提供所述电容性触摸控制器包括提供被耦合到所述屏蔽控制模块并被配置成修改在所述第一屏蔽区域和所述屏蔽控制模块之间的耦合的多路复用器。

9.如权利要求6的方法，还包括将所述电容性触摸控制器配置成使所述传感元件与所述第一屏蔽区域相关联。

10.如权利要求6的方法，还包括将所述传感元件耦合到所述电容性触摸控制器的第三端子。

11.如权利要求6的方法，还包括：

把第一屏蔽区域设置在印刷电路板的第一表面或层上；和

把传感元件设置在所述印刷电路板的第二表面或层上。

12.一种电容性触摸控制器，包含：

第一屏蔽端子；

第二屏蔽端子；

屏蔽控制模块；

第一多路复用器，用于选择性地将所述第一屏蔽端子或第二屏蔽端子耦合到所述屏蔽控制模块；

第一传感端子；

第二传感端子；

模拟前端；和

第二多路复用器，用于选择性地将所述第一传感端子或第二传感端子耦合到所述模拟前端。

13.如权利要求12的电容性触摸控制器，其中

第一传感端子被配置成与所述第一屏蔽端子相关联，并且第二传感端子被配置成与所述第二屏蔽端子相关联。

14.如权利要求12的电容性触摸控制器，其中所述第一多路复用器能够把第一屏蔽端子和第二屏蔽端子隔离开。

15.如权利要求12的电容性触摸控制器，还包括：

配置寄存器；以及

多路复用器控制器，用于基于所述配置寄存器控制所述第一多路复用器和第二多路复用器。