CN105934733A - 电阻式触摸传感器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包含有内插传感器阵列的电阻式触摸传感器系统和方法。所述系统和方法利用触摸传感器阵列(TSA)，其被配置成经由可变阻抗阵列(VIA)检测接近/接触/压力(PCP)，其中所述VIA与耦合到阵列列驱动器(ACD)的互联阻抗列(IIC)和耦合到阵列行传感器(ARS)的互联阻抗行(IIR)电耦合。所述ACD被配置为基于列切换寄存器(CSR)选择IIC，和使用列驱动源(CDS)电驱动所述IIC。所述VIA将电流从被驱动的IIC传递到由ARS感测的IIC。所述ARS选择TSA内的IIR，并基于行切换寄存器(RSR)电气感测IIR状态。内插ARS所感测的电流/电压允许对TSA PCP和/或空间位置的精确检测。

Description

电阻式触摸传感器系统和方法
相关申请的交叉引用
继续专利申请(CPA)
本申请是发明人Ilya Daniel Rosenberg和John Aaron Zarraga于2014年6月25日电子提交至美国专利商标局的美国发明专利申请“触摸式传感器检测器系统和方法”的继续专利申请(CPA)，所述美国发明专利申请的序列号为14/314,662,EFSID 19410170，确认号为8306，案卷号为JSENS.00002，该申请通过参考被并入本申请。
发明专利申请
本申请根据美国专利法35U.S.C.§120要求发明人Ilya Daniel Rosenberg和JohnAaron Zarraga于2014年6月25日向美国专利商标局电子提交的美国发明专利申请“触摸传感器检测器系统和方法”的权益，所述美国发明专利申请的序列号为14/314,662,EFSID 19410170，确认号为8306，案卷号为JSENS.00002，该申请通过参考被并入本申请。
临时专利申请
本申请根据美国专利法35U.S.C.§119要求发明人Ilya Daniel Rosenberg于2013年9月27日向美国专利商标局电子提交的美国临时专利申请“内插式力感测阵列”的权益，所述美国临时专利申请的序列号为61/883,597，案卷号为P2224，该申请通过参考被并入本申请。
本申请根据美国专利法35U.S.C.§119要求发明人Ilya Daniel Rosenberg于2014年1月16日向美国专利商标局电子提交的美国临时专利申请“内插式力感测阵列”的权益，所述美国临时专利申请的序列号为61/928,269，案卷号为P2224.01，该申请通过参考被并入本申请。
本申请根据美国专利法35U.S.C.§119要求发明人Ilya Daniel Rosenberg和JohnAaron Zarraga于2014年7月17日向美国专利商标局电子提交的美国临时专利申请“触觉触摸传感器系统和方法”的权益，所述美国临时专利申请的序列号为62/025,589，EFS ID为19606351，确认号为5185，案卷号为JSENS.00003，该申请通过参考被并入本申请。
版权的部分放弃
本申请中的所有材料都受到美国和其他国家的版权法的版权保护。从本申请的第一个有效申请日起，该材料作为未出版材料被保护。
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关于联邦资助的研究或开发的说明
不适用
参考微缩胶片附录
不适用
发明领域
本发明通常涉及触摸传感器装置领域的系统和方法。具体的发明实施例对用于确定施加在压敏表面上的力的位置和量的基于触摸的力感测装置和方法可能具有特别的适用性。
现有技术和发明背景
在基于触摸的力感测装置的领域中，已经发展了多点触摸传感器，其通常用于将基于触摸的用户输入添加到各种通信和计算设备，包括计算机，平板电脑和类似的电子设备。
与力感测装置相关的多个触摸压力或力感测是指计算系统使用基于触摸的传感器来区分和独立地跟踪对感测设备实时施加的多个触摸的能力。这种技术使得计算设备操作者能够使用多个手和手指以及其它的物体如尖笔(stylus)来提供输入，和使多个用户能够同时与传感器设备进行交互。
现有的触摸传感系统的问题是需要精确确定施加在传感表面上的力的准确位置和性质。并且，对具有较大的触摸屏区域(用于输入基于触摸的指令以操作计算程序和应用)的较大设备，存在市场需求。对具有改进的跟踪精度的小型传感器(例如用于移动设备的触摸传感器)也存在需求。因此，在本领域，有动机寻求能保持准确性、并可能仍然对于制造和操作具有经济上可行性的触摸感测技术。
因此，明确需要一种力感测装置，其采用较少的电子元件，能用于较大空间，并且其在输入操作的多点触摸顺序中，能感测每个触摸所施加的力的存在、力的位置及量。
背景信息
在建立用于用户界面应用的多点触摸传感器中的最大挑战之一是大多数人都能够非常精确地移动，并期望触摸传感器如实地获取他们的输入。为了良好的用户体验，用于手指交互的触摸面板通常需要0.5mm量级的精确度，而用尖笔进行交互需要甚至0.1mm量级的更高的精度。此外，大多数用户希望更大的设备表面进行交互。这已通过智能手机尺寸的增大以及如平板电脑和触摸显示器等具有较大触摸表面的设备的日益普及得到证明。
此外，消费类电子设备的复杂性趋于随时间的推移提高，而价格趋于降低，这表明用于消费者电子应用的任何触摸传感器装置的制造必须是廉价的，并且必须具有高性价比。因此，需要可以非常精确地在大面积上跟踪触摸、并且可以以合理的价格点来制造的传感器。最后，用户需要交互的额外维度。该技术不仅能在大的表面上以合理的价格点提供精确的触摸跟踪，也能测量用于每一个触摸的力的额外维度，这样可以提高很多用户界面应用的交互性和控制水平。
现有技术的不足
如上所述的现有技术具有以下不足之处：
·现有技术的传感器系统需要传感阵列中的每一行/列的单独的列驱动和行感测电路。
·现有技术的传感器系统在扫描感测阵列时消耗显著的动态功率，因为必须对每列进行驱动，并且对每行进行感测，以检测在感测阵列中的一个给定的列/行交叉点处的压力/存在。
·现有技术的传感器系统需要显著的电子集成，以支持大面积的感测表面。
·现有技术的传感器系统不能以同一设备感测接触和压力。
·现有技术的传感器系统需要相对复杂的制造工艺，以实现高的空间感测分辨率。
·现有技术的传感器系统通常与标准印刷电路板的制造工艺和方法不兼容。
·现有技术传感器系统不适合于建造在非平面版式上。
·现有技术的传感器系统需要相对复杂的校准程序来获得精确的传感器定位数据。
·现有技术的传感器系统不产生传感器数据与检测出的阵列中的空间定位之间的线性关系。
·现有技术的传感器系统由于在构建非矩形传感器时导致的非线性，而不利于非矩形形状的传感器的设计。
·现有技术的传感器系统不允许以不同的分辨率扫描传感器，同时保持线性。
虽然一些现有技术可能教导了对这些问题中的若干问题的一些解决方案，现有技术的系统的核心缺陷并没有得到解决。
发明目的
因此，本发明的目的在于(但不限于)克服现有技术中的缺陷，并实现以下目标：
(1)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其不需要传感阵列中的每一行/列具有单独的列驱动和行感测电路。
(2)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其在扫描传感阵列时，通过减少必须被驱动的列数和感测的行数来检测在传感阵列中的给定的列/行交叉点处的压力/存在，从而减少动态功率消耗。
(3)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其不需要显著的电子设备集成来支持大面积感测表面。
(4)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其能够以同一装置感测接触和压力。
(5)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其不需要复杂的制造工艺来实现高空间感测分辨率。
(6)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其能与标准PCB制造工艺和方法兼容。
(7)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其适合于非平面格式中的结构。
(8)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其不需要复杂的校准过程来获得精确的传感器定位数据。
(9)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其能产生传感器数据与检测出的阵列中的空间定位之间的线性关系。
(10)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其允许构建能保持整个传感器的精确度和线性度的非矩形传感器。
(11)提供一种触摸传感器检测器系统和方法，其允许以变化的分辨率进行扫描,同时保持充分的精确度和线性度。
然而，这些目的不应被理解为限制本发明的教导，通常，这些目的可以通过在下述部分中讨论的所公开的发明部分或全部实现。本领域技术人员将毫无疑问能够对所公开的本发明的各个方面进行选择，以实现上述目的的任意组合。
发明概要
本发明以下述方式解决了现有技术中的一些缺陷。本发明将多组触摸传感器阵列(TSA)相互连接成互连的阻抗列(IIC)，而不是利用触摸传感器阵列(TSA)中的单独的列驱动器单独驱动TSA列来为单独的行传感器传送电流以进行检测。在列切换寄存器(CSR)的控制下，使用若干电性列驱动源(CDS)中的一个来驱动IIC。当TSA内部可变阻抗阵列(VIA)检测传感器事件时，VIA的单独列和单独行被电耦合。该事件使电流在VIA内从IIC传导至互连的阻抗行。然后通过行切换寄存器(RSR)对IIR进行选择，并通过模数转换器(ADC)对其进行感测。
计算机控制装置(CCD)允许使用CSR/RSR状态的不同配置以及CDS驱动参数对TSA进行连续扫描。这些扫描允许CCD收集TSA内部的VIA内的不同传感器数据，并内插(interpolate)该信息，以收集与当前TSA状态相关联的传感器属性(profile)的更精确的指示。例如，该协议可被配置用于以一种分辨率进行扫描，然后使用不同的分辨率重新扫描，以确定与TSA接触的焦点，并确定该焦点随着时间的推移的移动和在每个TSA扫描中的移动。在此情况下，一次扫描通过的焦点在与随后多次扫描的焦点进行比较时，也可以用于确定行进的向量。该传感器属性可以包括在TSA表面上的传感器活动的焦点的准确位置的信息，以及在TSA表面或接近TSA表面处存在的关于更精确的传感器检测指示的其他信息。
在一些优选的发明实施例中，本发明可以用于建立一个低成本，多点触摸，高分辨率的力感测触摸传感器，其可以使用传统的印刷电路板(PCB)的制造方法和其他印刷技术来制造。本发明利用内插阵列的概念，其能实现较高的跟踪分辨率，而不需要将大量的驱动和感测线连接到传感器扫描电子设备(有源线)。通过提高相对于有源驱动和感测线的数量的跟踪分辨率，本发明与其它的传感器技术相比，能获得性能提高的传感器，并具有降低的电子设备复杂性和成本。在本文中描述了传感器的几种可能的实施例，以及其如何适用于不同的使用情况下，如尖笔交互和嵌入显示器下面或上面。
在一种优选的内插力感测阵列(IFSA)实施例中，本发明通过将网络电阻添加至力感测阵列的输入和输出，其将力感测阵列的分辨率与驱动和传感电路的分辨率解耦，解决了现有技术中的缺陷。这个优选的实施例以围绕每个行/列交叉点建立双线性内插核的方式，对传感器进行电驱动和感测。这允许以力感测阵列的分辨率重建触摸的位置，尽管本发明的驱动和感测电路具有低得多的分辨率。有趣的是，驱动和感测电路的分辨率只对距离(在该距离处两个不同的触摸对处理算法来说开始看起来像一个触摸)有影响，而对准确度(单个触摸可被跟踪所需要的准确度)不会有影响。除了内插电阻器网络外，本发明还教导了使用已知的制造技术来构造本发明的传感器的几种方法，并且它示出了驱动电路、用于扫描传感器的算法和用于解释输出的算法的实现方式。其还建议了本发明的传感器技术如何与其它传感和显示技术集成。
附图的简要描述
为了更充分地理解本发明所提供的优点，应结合所附的附图参考以下详细说明，其中：
图1示出了一个优选的示例性系统实施例的系统框图；
图2示出了一个描述优选的示例性方法实施例的流程图；
图3示出了描述可变阻抗阵列(VIA)、互连阻抗列(IIC)、互连阻抗行(IIR)的细节的系统框图；
图4示出了描述CSR、RSR、互连阻抗列(IIC)和互连阻抗行(IIR)的细节的系统框图；
图5示出了一个优选的示例性系统实施例的简化的系统框图；
图6示出了一个描述优选的示例性方法实施例的简化的流程图；
图7示出了一个示例性的非正交的VIA配置；
图8示出了一个示例性径向和椭圆VIA配置；
图9示出了一个示例性电压模式列驱动电路的示意图；
图10示出了一个采用堆叠开关设计的示例性电压模式列驱动电路的示意图；
图11示出了采用非堆叠开关设计的示例性电压模式列驱动电路的示意图；
图12示出了示例性电压模式行交换电路的示意图；
图13示出了包括感测线接地启用逻辑的示例性电压模式行交换电路的示意图；
图14示出了示例性电压模式列驱动电路的示意图；
图15示出了采用堆叠开关设计的示例性电压模式列驱动电路的示意图；
图16示出了示例性电流模式行切换电路的示意图；
图17示出了可用于IIC和/或IIR阻抗元件的示例性可变阻抗装置；
图18示出了示例性有源可变阻抗阵列(VIA)元件结构；
图19示出一个系统框图，其描述了在利用VIA的可变频率激励和行感测元件中的开关过滤检测的一个实施例中的CSR，RSR，互连阻抗列(IIC)以及互连阻抗行(IIR)的细节；
图20示出了描述变频扫描配置的示例性VIA；
图21示出了示例性VIA的全分辨率扫描配置；
图22示出了示例性VIA的半分辨率扫描配置；
图23示出了示例性VIA的四分之一分辨率扫描配置；
图24示出了示例性VIA的混合分辨率扫描配置；
图25示出了一个系统框图，其描述了采用笔/尖笔(pen/stylus)输入的一个优选的示例性发明实施例；
图26示出了一个透视图，其描述了采用笔/尖笔输入的一个优选的示例性发明实施例；
图27示出了一个示意图，其描述了可用于许多优选的发明实施例中的优选的示例性笔/尖笔电路；
图28示出了可用于许多优选的发明实施例中的优选的示例性笔/尖笔电路的透视装配图；
图29示出了可用于许多优选的发明实施例中的优选的示例性笔/尖笔电路的顶视图、底视图和侧视图；
图30示出了一个采用笔/尖笔的优选发明实施例，并描述了来自手/手指和笔/尖笔的输入；
图31示出了与图30关联的所感测输入的感测区域；
图32示出了与图30关联的所感测输入的感测区域，被分类为压力(P)输入和尖笔(S)输入；
图33示出了一种代表性的IFSA电路，其具有四个有源列电极和五个有源行电极，每对有源电极之间包括两个内插电极；
图34示出了在三个有源行×三个有源列组成的传感器区域中的内插，其中所述传感器在每对有源电极之间具有两个内插的电极(因此N值为2)，其中描述了在传感器扫描期间的某一时刻，第-3列和第+3列接地，第0列由电压(VD)驱动，同时，第-3行和第+3行接地，测量从第0行(Is)流出的电流；
图35示出了在使用本发明的驱动方案对图34所示的7×7传感器元件阵列进行扫描时，其灵敏度分布；
图36示出了当使用本发明的驱动方案对图34中所示的7×7传感器阵列进行扫描时，其灵敏度分布的3D表示；并描述了当传感器元件沿X轴和Y轴进一步远离位置(0,0)处的交叉点时，传感器元件的线性灵敏度衰减；
图37示出了一种示例性分流模式力传感器，其中条纹表示基板，+/-分别表示驱动/感测电极，黑色表示FSM；
图38示出了一种示例性双面直通模式力传感器，其中条纹表示基板，+/-分别表示驱动/感测电极，黑色表示FSM；
图39示出了一种示例性单面直通模式力传感器，其中条纹表示基板，+/-分别表示驱动/感测电极，黑色表示FSM；
图40示出了一种示例性夹层直通模式力传感器，其中条纹表示基板，+/-分别表示驱动/感测电极，黑色表示FSM；
图41示出了一种具有分段式FSM(夹层直通模式配置)的直通式传感器的横截面图和俯视图，其中：根据俯视图，顶层的基板和力感测层(由小点图案表示)是透明的，以允许观看内部的列电极、FSM和行电极的图案；虚线表示横截面相对于传感器的位置；以及力感测材料的片(patch)，其与行和列的交叉点对齐，从而在每个行电极和列电极的交叉点处建立一个力感测元件；
图42示出了具有FSM-涂覆电极的直通模式传感器的横截面图和俯视图，其中：根据俯视图看出，顶层的基板是透明的，以允许观看内部的列电极、FSM和行电极的图案；虚线表示横截面相对于传感器的位置；行或列之一，或行和列两者都可以用FSM涂覆(建立具有单面或双面直通模式配置的传感器)；
图43示出了具有薄FSM电极的直通模式传感器的横截面图和俯视图，其中：根据俯视图看出，顶层的基板与力感测层(由细点图案表示)是透明的，以允许观看内部的列电极和行电极；虚线表示横截面相对于传感器的位置；也可以用图案化的FSM或伪随机图案化的FSM来代替薄FSM，其中所有这些配置都是夹层直通模式配置的变体；
图44示出了一个直通模式传感器顶层的细节，其中该图相对于图41(4100)-图43(4300)翻转，以显示电极图案，并显示如何安装内插电阻；
图45示出了直通模式传感器底层的细节。该图中的层与图41(4100)-图43(4300)中的层具有相同的取向；
图46示出了分段的FSM层的细节，其中FSM材料的各段显示为黑色，将FSM材料固定在合适位置的基板为白色小点图案，每个段与单个传感器元件对齐(在行和列电极的交叉处)，确保传感器元件之间没有串扰。这是与图41(4100)中所示的FSM层相同的层，其描述了FSM用于直通模式传感器配置中。这种类型的FSM配置也可以用作任何分流模式传感器配置中的力感测层；
图47示出了薄FSM层的细节，其中所述FSM材料以黑色示出，其是连续的，并且覆盖了包含行和列电极的整个传感器区域。因为该材料是薄的，面内电阻非常高，这降低了传感器元件之间的串扰的可能性。这是与图43(4300)中所示的FSM层相同的层，其显示了用于直通模式传感器配置中的FSM层也可以用作任何分流模式传感器配置中的力感测层；
图48示出了图案化的FSM层的细节，其中FSM材料的片以黑色示出，以及将FSM材料固定在合适位置的基板以白色示出。因为该图案比单独的传感器元件的尺寸更小，相邻传感器元件之间的串扰被最小化。这可以用于代替直通模式传感器配置中的图47(4700)中所示的薄FSM层。这种类型的FSM配置也可以用作任何分流模式传感器配置中的力感测层；
图49示出了伪随机图案化的FSM层的细节，其中FSM材料的片以黑色示出，以及将FSM材料固定在合适位置的基板以白色示出。这与图案化的FSM类似，但是使用随机或伪随机图案，这可能比图案化FSM层更容易制造。这可以用于代替直通模式传感器配置中的图48(4800)中所示的薄FSM层。这种类型的FSM配置也可以用作任何分流模式传感器配置中的力感测层；
图50示出了一个分流模式内插阵列传感器的横截面图和俯视图，其包括顶部图案化的FSM层和携带内插电阻器和行电极及列电极的底层。在俯视图中，图案化的FSM层被切掉，以显示位于所述FSM下面的暴露的行电极和列电极，形成分流模式传感器元件。虚线表示横截面相对于传感器的位置。底层(在俯视图中不可见)的反面上的迹线使用过孔(由圆圈表示)将暴露的行电极互连。底层的反面上的迹线在图52(5200)中更详细地示出；
图51示出了一种分流模式传感器的横截面图和俯视图，其中力传感器元件电极以交叉指型图案进行图案化，其目的是提高灵敏度。该设计中的其他元件与图50(5000)中所述的元件类似；
图52示出了图50(5000)-图51(5100)中所示的传感器的底层的反面的细节。具有条纹图案的区域都是与行电极互连的导体。由圆圈表示的过孔被连接到相对面上的行电极；
图53示出了具有双倍宽度行电极焊盘的分流模式传感器的横截面图和俯视图，其通过在相邻传感器元件之间共用过孔来减半过孔的数量，并且增加围绕每个过孔的空间，这可以有助于制造。本设计中的其它元件与图50(5000)中描述的类似。底层的反面上的迹线在图55(5500)中更详细地示出；
图54示出了具有双倍宽度行电极焊盘和交叉指型行电极图案的分流模式传感器的横截面图和俯视图。这种设计与之前的设计具有相同的制造优势，交叉指型与图51(5100)中所示的类似，其目的是提高灵敏度。本设计中其它元件与图51(5100)中描述的类似，底层的反面上的迹线在图55(5500)中更详细地示出；
图55示出了图53(5300)-图54(5400)中所示的传感器的底层的反面的细节。具有条纹图案的区域都是与行电极互连的导体。由圆圈表示的过孔被连接到相对面上的行电极；
图56示出了具有菱形行电极和列电极图案的分流模式传感器的横截面图和俯视图。该图案的目的是使围绕每个行/列交叉点的灵敏度分布更对称。它也可以通过降低制造过孔时所需要的精度来提高可制造性。本设计中的其它元件与图50(5000)中描述的类似。底层的反面上的迹线在图57(5700)中更详细地示出；
图57示出了图56(5600)中所示的传感器的底层的反面的细节。具有条纹图案的区域都是与行电极互连的导体。由圆圈表示的过孔被连接到相对面上的行电极；
图58示出了在中心具有孔的分流模式椭圆传感器的横截面图和俯视图。FSM层被除去，以暴露行和列电极图案。圆圈表示与图60(6000)中所示的底部导体图案互连的过孔。
图59示出了用于图58(5800)中所示的椭圆形传感器的FSM层的设计。这种设计示出了一个分段FSM传感器图案，但也可使用其他类型的FSM图案，包括图47(4700)-图49(4900)中所示的图案；
图60示出了图58(5800)中所示的椭圆形传感器的底层的反面的细节。具有条纹图案的区域都是与行电极互连的导体。由圆圈表示的过孔被连接到相对面上的行电极；
图61示出了带有桥的菱形图案分流模式IFSA。此模式是通过建立行和列的图案(列是连续的，但该行图案具有间断)(6101)来建立的；在列于行之间行进的区域中沉积绝缘材料(6102)；沉积导电材料的片，其桥接属于每个行但不电连接到列的焊盘(6103)；
图62示出了设计有切口和弯曲线的IFSA传感器如何被弯曲成复杂的形状。在这个例子中，左侧的图案可以被弯曲，以形成如右图所示的用于机器人指尖的传感器；
图63示出了可能的IFSA传感器叠层的四个横截面；
图64示出了包括显示器的可能的IFSA传感器叠层的四个横截面；
图65示出了如应用到平板电脑的外形界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的右上方前视透视图；
图66示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的右上方后视透视图；
图67示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的基体部件的右上方前视透视图；
图68示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的PCB/电池部件的右上方前视透视图；
图69示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的PCB/电池部件的顶视图；
图70示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的压力膜部件的右上方前视透视图；
图71示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的覆盖部件的右上方前视透视图；
图72示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的边框部件的右上方前视透视图；
图73示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的横截面前视图；
图74示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例中的USB连接器的详细透视图；
图75示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的详细侧截面透视图；
图76示出了如应用到平板电脑的界面应用环境中的优选的示例性发明实施例的侧截面图；
图77示出了用于本发明的压敏触摸板实施例的示例性系统示意框图；
图78示出了用于本发明的压敏触摸板实施例的示例性顶部铜布局；
图79示出了用于本发明的压敏触摸板实施例的示例性底部铜布局；
图80示出了用于本发明的压敏触摸板实施例的示例性过孔布局；
图81示出了本发明的采用具有桥的单面菱形图案的电容式传感器布局的的示例性实施例的顶视图；
图82示出了本发明的采用具有桥的单面菱形图案的电容式传感器布局的的示例性实施例的截面图；
图83示出了本发明的采用具有直行和直列的双面图案的电容式传感器布局的的示例性实施例的顶视图；
图84示出了本发明的采用具有直行和直列的双面图案的电容式传感器布局的的示例性实施例的截面图；
图85示出了与饮用杯接触以产生压力分布的示例性触摸传感器平板电脑；
图86示出了通过扫描TSA由CCD获得的TSM数据，以及所检测的相关的压力区域；
图87示出了由VIA中的单独力感测元件看到的力的近似重建，其通过执行TSM和所检测出的相关的压力区域的上采样操作获得；
图88示出了基于TSM数据由CCD计算的示例性单独检测的椭圆数据
图89示出了与画笔接触以产生压力分布的示例性触摸传感器平板电脑；
图90示出了通过扫描TSA由CCD获得的TSM数据的压力分布；
图91示出了基于该压力分布检测到的相关联的压力区域；
图92示出了基于TSM数据由CCD计算的示例性单独检测的椭圆数据。
当前优选示例性实施例的描述
虽然本发明容许许多不同形式的实施例，在附图中示出并且将在本文中对本发明的优选实施例进行详细描述，应当理解的是，本公开应被认为是本发明的原理的示例，并不旨在将本发明的广泛的方面限制到所示的实施例。
将具体参考当前优选实施例对本申请的许多创新性教导进行描述，其中这些创新性教导被有利地应用到触摸传感器检测器系统和方法的特定问题中。然而，应该理解的是，本实施例只是本文的创新性教导的许多有利用途的一个例子。在一般情况下，在本申请的说明书中进行的陈述并不必然限制各种要求保护的发明中的任何一个。并且，某些陈述可能适用于某些创造性特征，但不适用于其他特征。
IIC/IIR级数无限制性
本发明可以利用互连阻抗列(IIC)和互连阻抗行(IIR)的各种不同配置。在许多优选的实施例中，将有两个或更多个IIC和两个或更多个IIR，因此允许通过在列和行方位上以2或更大的系数来减少VIA外部可访问的列和行的数量。然而，一些优选的发明实施例在一个或多个列/行中可利用单一列间阻抗元件或单一行间阻抗元件。因此，术语IIC和IIR涵盖了其中VIA的仅一个维度包括互连的阻抗元件的情况。
列驱动源(CDS)无限制性
本发明可以利用各种源来驱动VIA传感器的列，包括但不限于：直流电压源；交流电压源；任意波形发生器(AWG)电压源；直流电流源；交流电流源；和任意波形发生器(AWG)电流源。注意，在此范围内AWG源的使用可以包括：可以使用在电气领域中熟知的常规波形生成技术来动态定义/生成的各种各样的信令波形。
CSR/RSR源/阱无限制性
本发明可以利用列切换寄存器(CSR)和行切换寄存器(RSR)内的各种各样的电源(electrical source)和电阱(electrical sink)来配置VIA的激励和/或传感。在此范围内，本发明预期使用的CSR电源选自由以下项组成的组中：开路；零电位电压源；由CSR定义的电压源；由CSR定义的电流源；从CDS导出的电压；和从CDS导出的电流。在此范围内，本发明预期使用的RSR阱选自由以下项组成的组中：开路；零电位电压源；由RSR定义的电压源；由RSR定义的电流源；和到ADC的输入。
IIC/IIR电阻器无限制性
在本文功能性描述的示例性的IIC和IIR中所述的电阻器可以是固定电阻器(有可能改变其值)和/或可以包括在某些情况下可以基于CSR和/或RSR被配置的可变电阻器。在此范围内，所描述的电阻器将被认为是广义的阻抗的一个可能的例子，其可包括电阻、电容和/或电感的任何组合。其它类型的阻抗元件，例如电容元件或电感元件，有源元件(或有源电路)，以及它们的组合，可以替代所描述的电阻器，而不损害所要求保护的发明的范围的普遍性。因此，在IIC和IIR电路的情况中，可以使用任何形式的阻抗来替代所示出的电阻器元件，并且可以包括可变阻抗元件，其包括有源部件例如MOSFET等和其他半导体器件。
列间/行间阻抗计数无限制性
本发明在VIA内将列间阻抗和行间阻抗与列间内插和行间内插一起使用来实现触摸传感器检测器系统和方法。每列和每行之间的阻抗的数量通常被配置为两个或更多个，但在某些情况下，VIA可以被直接映射，以便通过对串联的IIC和IIR阻抗串内的节点的访问来实现对所有的VIA列/行的常规扫描。
行/列无限制性
当描述其中触摸传感器阵列(TSA)被配置为常规可变阻抗传感器(VIA)阵列的典型配置时，本发明将按照行/列进行讨论。然而，术语“行”和“列”在许多本发明实施例中可以被互换，而不会脱离所要求保护的本发明的总体精神和范围。
传感器阵列几何结构无限制性
本发明预期了可以根据应用环境进行使用的各种各样的传感器阵列几何结构。虽然可变阻抗元件的矩形结构阵列在一些优选的本发明实施例中可能是有利的，也预期了使用其它几何结构，包括多边形，圆形，椭圆形和其它平面和非平面的形状。在本发明的传感器几何结构的宽泛范围内预期了所公开的技术可以应用于二维和三维形状。
传感器VIA填装无限制性
本发明预期，在一些应用中的VIA传感器阵列可以被部分填装，使得传感器元件可能只在整个VIA结构的一个子集中存在。例如，预期了一种传感器结构，其中的VIA进一步包括通过位于所述物理列和物理行的交叉点处的压敏式传感器元件而电耦合到物理行的物理列，其中所述压敏式传感器元件仅在交叉点的一个子集中存在，以形成一个成形的传感器阵列。这允许减少整体VIA传感器的制造，并提供了定制传感器应用和形状/物理配置(在某些情况下，整个VIA阵列可以有不同程度的传感器密度)的可能性。
ADC无限制性
本发明在许多优选的实施例中示出了使用模拟-数字转换器(ADC)。此ADC在一些实施例中可以被实现为电压模式转换器，并且在其他实施例中可以被实现为电流模式转换器。此外，某些优选的ADC实施例可加入频率检测/滤波，以实现模拟-数字转换过程中的频率鉴别。
传感器元件无限制性
本发明可被应用于各种各样的可变阻抗阵列(VIA)触摸传感器技术中，例如压力传感器，电容式传感器，光学传感器，光敏感的传感器，和基于RF的传感器技术。这些技术可以在某些情况下组合，以形成复合传感器系统。在某些情况下，该传感器阵列可以检测不必然触摸VIA传感器的感测表面的近场事件。在此范围内，在本文件内的单独传感元件也可被称为“传感器元件”。
后处理无限制性
在许多优选的实施例中，本发明生成了触摸传感器矩阵(TSM)，其代表从VIA收集的信息。这个TSM数据结构可以由计算控制装置(CCD)发送到数字数据处理器(DDP)，或由CCD进行本地处理，以执行各种专用的(application-specific)功能。
TSM收集/处理无限制性
代表从VIA收集的信息的触摸传感器矩阵(TSM)可以作为整个实体被收集和/或处理，或者在某些情况下，可以零碎方式被收集和/或处理。这可以在这样的情况下进行(例如)：其中触摸传感器的区域被扫描，并从感兴趣的这部分区域收集和处理VIA信息。类似地，该部分信息可以由计算控制装置(CCD)发送到数字数据处理器(DDP)，或由CCD进行本地处理，以执行与检测器的部分扫描区域相关联的各种应用特定的功能。因此，TSM的任何传输或处理所假设的是：还预期了矩阵的部分传输或处理。
概念性概述
本发明涉及多点触摸传感器的领域，其通常用于将触摸输入添加到计算机，平板电脑，以及其他电子设备。多点触摸感测指的触摸传感器区分和独立地跟踪多个触摸的能力，它允许用户与该传感器使用多个手、手指或其他物体(如尖笔)同时进行交互，并且还允许多个用户同时与传感器交互。虽然许多触摸感测技术仅允许确定存在/不存在触摸和确定触摸的位置，本发明的技术还具有确定在每一个触摸点所施加的力的大小的能力。
本发明还涉及压敏阵列的领域，其通常用在工业和医疗应用中，用于测量在某个区域上的压力分布和检测压力的变化，包括压力分布中的接触区域，峰值和最小值。
可操作目标
在传统的触摸传感器阵列的范围内，可变阻抗阵列(VIA)以特定的分辨率(以传感器元件的分辨率)感测触摸。如果VIA的每一行与每一列被单独地连接到驱动/感测电子设备上，这是数据的可能的最高分辨率。在本发明的范围内，内插块(互连阻抗列(IIC)和互连阻抗行(IIR))允许以较低分辨率对VIA传感器进行扫描。由于IIC和IIR的配置，传感器硬件可以合适地对VIA中的信号进行下采样(以线性的方式)。其结果是，从这样的VIA传感器数据中提取的较低分辨率阵列(触摸传感器矩阵(TSM)数据结构)中的扫描值与线性下采样传感器响应的扫描值类似。这样的下采样允许触摸的位置、力、形状和其他特征在软件中以VIA的分辨率(甚至可能以比VIA更高的分辨率)重建。
举例而言，在用177列电极和97行电极构建的具有1.25毫米节距的VIA传感器阵列中，在理论上可能用177列驱动线和97行感测线构建电子设备，用以支持该整个VIA的感测。然而，这在成本方面将是令人望而却步的，以空间有效的方式在传统的印刷电路板(PCB)上路由如此之多的行和感测线是非常困难的。此外，此177×97VIA传感器配置将需要扫描177×97＝17169个交叉点，这采用低功率微控制器(例如ARMM3)将导致大约为10Hz的最大扫描速率(这对于用触摸屏交互的典型用户来说，慢得不可接受)。最后，假定用16位ADC值，这些触摸屏值的存储，对于单个帧会要求17169×2＝34KB的内存，这对于可能仅被配置为具有32KB的RAM的小型微控制器来说，内存需求过多。因此，在这种情况下，使用常规的行/列触摸传感器技术需要强大得多的处理器和多得多的RAM，这将使该方案过于昂贵和复杂，对于消费电子应用来说不具有实用性。
本发明的要点是，本系统并不以完全的177×97的分辨率扫描上述示例性传感器阵列，而是被配置为以较低的分辨率进行扫描，但保留了犹如以177×97的分辨率进行扫描的信号的精度和质量。继续上述示例性传感器阵列的讨论，在此传感器阵列的典型的本发明实施例中，驱动电子设备将只需要45个列驱动器和25个行驱动器。内插电路允许系统仅使用45×25电子设备的补充电路来扫描177×97阵列。这将必须扫描的交叉点的数目以因数16减少，减少至45×25＝1125。这种配置允许以150赫兹扫描传感器，并减少了RAM受限微控制器应用环境中的内存消耗。虽然失去了解析加在一起1.25毫米的两个触摸的能力(或确切地看到在每个单独的传感器元件处发生了什么)，但由于通过使用IIC和IIR执行的行/列内插的线性，仍然可能以VIA传感器的全分辨率来跟踪触摸。
系统概述(0100)
在图1(0100)中描述了在一个典型的应用环境中的优选示例性系统实施例的总图，其中用户(0101)与图形用户界面(GUI)(0102)交互，所述图形用户界面合并有计算机(通常由移动或非移动计算设备组成，在此统称为数字数据处理器(DDP))(0103)，其执行从计算机可用介质(0104)读取的机器指令)。在该应用环境中，优选的示例性触摸传感器检测器(0110)系统实施例结合有触摸传感器阵列(0111)，所述触摸传感器阵列包括可变阻抗阵列(VIA)(0112)。
VIA(0112)可以采用电阻式或电容式阵列，所述阵列由可能以常规的正交方位布置的传感器元件的行和列组成，或在某些情况下，VIA(0112)可被配置，其中所述行/列不是彼此正交的(如在图7(0700)中所示的例子中描述的)。VIA(0112)在其边缘具有互连阻抗列(IIC)(0113)和互连阻抗行(IIR)(0114)，其可以被配置以电连接、激励或感测两个或更多的列/行(经由各种连接配置中的(IIC)(0113)和(IIR)(0114))内的内部电气列/行节点)。
IIC(0113)和IIR(0114)由阵列列驱动器(ACD)(0115)和阵列行传感器(ARS)(0116)进行控制。ACD(0115)负责选择IIC(0113)的配置，用来驱动IIC(0113)的电源，以及选择在IIC(0113)内被电驱动的列。ARS(0116)负责选择IIR(0114)的配置，连接到所述IIR(0114)的电阱，和在所述IIR(0114)内被电感测的行。ACD(0115)和ARS(0116)用驱动/传感控制电路(0117)控制，该电路可能包括单独的列切换寄存器(CSR)和行切换寄存器(RSR)，以及用于经由(ADC)(0115)驱动IIC(0113)的数字-模拟转换器(DAC)和/或用于通过ARS(0116)感测所配置的IIR(0114)的状态的模拟-数字转换器(ADC)。
从ARS(0116)读出模拟信号的感测结果可能由驱动/感测控制电路(0117)转换成数字信号，并提供给数字接口(0118)，用于传输到计算系统(0103)，并通过在计算机(0103)上运行的应用软件的环境中的操作系统软件进行解释。在这个系统环境中预期了各种各样的计算机系统(0103)和相关的应用。
所描述的系统与现有技术的不同在于由ACD(0115)和ARS(0116)确定的IIC(0113)和IIR(0114)的配置，允许VIA(0112)传感元件与复杂性较低的电子设备(更少的列驱动器和更少的行传感器)进行接口，同时还提供与VIA(0112)中存在的物理行/列间距相当的空间粒度。通过操纵IIC(0113)和IIR(0114)的配置，以及在驱动/感测控制电路(0117)中使用适当的软件，VIA(0112)传感元件可以通过较简略的硬件接口被内插，其中所述硬件接口不需要有源电路来支持VIA(0112)内的每个单独的行和列。该内插能力是IIC(0113)和IIR(0114)的各种硬件配置与驱动/感测控制电路(0117)内的可用于细化由ARS(0116)收集的原始数据的各种软件技术的组合。
在此范围内，预期了电驱动VIA(0112)列和感测VIA(0112)行的各种方法，包括DC和AC信令，以及使用电压模式和电流模式驱动/传感方法。
方法概述(0200)
本发明的示例性的方法可以在图2(0200)的流程图中被概括描述为包括下述步骤：
(1)在可变阻抗阵列(VIA)中配置互连阻抗列(IIC)(0201)；
(2)在VIA内配置互连阻抗行(IIR)(0202)；
(3)用列驱动电性源(CDS)电激励IIC(0203)；
(4)用ADC感测IIR中的电响应，并转换为数字格式(0204)；
(5)将IIR转换的数字格式的响应存储在触摸传感器矩阵(TSM)数据结构中(0205)；
(6)确定是否预定的CDR/IIC/IIR变化已经被记录到TSM，如果是这样，则进入步骤(8)(0206)；
(7)重新配置下一个VIA感测变量的CDS/IIC/IIR，并进入步骤(3)(0207)；
(8)内插TSM值，以确定VIA内的活动焦点(0208)；
(9)将焦点活动的信息转换成用户界面输入命令序列(0209)；和
(10)将用户界面输入命令序列传送至计算机系统用于动作，并进入步骤(1)(0210)。
该一般方法可根据许多因素进行大量修改，包括由本发明的范围所预期的重排和/或添加/删除步骤。本文所述的这个和其他优选的示例性实施例方法与在此所描述的各种优选示例性实施例系统的结合是由本发明的总体范围所预期的。
VIA/IIC/IIR细节(0300)
可变阻抗阵列(VIA)(0310)、互连阻抗列(IIC)(0320)，和互连阻抗行(IIR)的其他细节在图3(0330)中被概括地描述。在此，VIA(0310)包括阵列的列(0312)和行(0313)，其中单独的可变阻抗阵列元件(0319)可以在阵列的行/列交叉点内互连。这些单独的可变阻抗阵列元件(0319)基于应用环境可包括有源和/或无源部件，并且包括电阻式、电容式和电感式部件的任意组合。因此，VIA(0310)阵列阻抗元件(0319)在本图中被一般描述为广义阻抗值Z。
应当指出的是，物理VIA列(0312)和VIA行(0313)分别通过互连阻抗列(IIC)(0320)和互连阻抗行(IIR)(0330)被连接在一起。IIC(0320)和IIR(0330)被配置以减少被连接到列驱动源(0321，0323，0325)和行感测阱(0331，0333，0335)的列和行的数量。这样，IIC(0320)和IIR(0330)的组合将减少接口到VIA列(0312)和VIA行(0313)所必须的外部部件。在本发明的范围内，IIC(0320)互连的数目将被配置为允许将列驱动源(0321，0323，0325)的数量减少到小于物理VIA列(0312)的数量(从而外部IIC列的数量通常比内部IIC列的数量少)，并且IIR(0330)互连将被配置为允许行感测阱(0331，0333，0335)的数量减少到小于物理VIA行(0313)的数量(从而外部IIR行的数量通常比IIR行的数量少)。该减少是通过在每个VIA物理列(0312)之间具有一个或多个串联的IIC(0320)元件(0329)，并且在每个VIA物理行(0313)之间具有一个或多个IIR(0330)元件(0339)来实现的。因此，X×Y VIA传感器(0310)被转换为仅需要P个列驱动器和Q个行传感器的电接口。本发明包括
P≤X (1)
和
Q≤Y (2)
许多优选实施例满足以下关系：
X P ≥ 2 - - - ( 3 )
或
Y Q ≥ 2 - - - ( 4 )
需要注意的是，在这些优选实施例的情况中，有可能存在以下情况：IIC可以包括多个互连阻抗，并且IIR包括单一互连阻抗元件的情况；以及IIC可包括单一互连阻抗元件，并且IIR包括多个互连阻抗元件的情况。
IIC(0320)阻抗元件(0329)被配置为连接单独的VIA列(0312)。这些IIC(0320)阻抗元件(0329)基于应用环境可包括有源和/或无源部件，并且包括电阻式、电容式和电感式部件的任意组合。因此IIC(0320)阻抗元件(0329)在该图中被通常描述为广义阻抗值X。如在该图中所描述的，可以使用单独的列驱动源(0321，0323，0325)直接驱动单独的VIA列，或者可以在这些被直接驱动的列之间进行内插(0322，0324)。
IIR(0330)阻抗元件(0339)被配置为连接单独的VIA行(0313)。这些IIC(0330)阻抗元件(0339)基于应用环境可包括有源和/或无源部件，并且包括电阻式、电容式和电感式部件的任意组合。因此IIR(0330)阻抗元件(0339)在该图中被通常描述为广义阻抗值Y。如在该图中所描述的，可以使用单独的行感测阱(0331，0333，0335)直接感测单独的VIA行，或者可以在这些被直接感测的行之间进行内插(0332，0334)。
列驱动源(0321，0323，0325)被通常解释为在该图中是独立的，但在一些配置中可以利用由列切换寄存器(CSR)控制的一系列开关进行组合，其中所述列切换寄存器(CSR)限定了将被电耦合到VIA传感器(0310)可以外部访问的每一列的列驱动源的类型。交流/直流励磁的变化，电压源，开路，电流源和其它电源驱动器组合可被用作列驱动源(0321，0323，0325)的切换配置。CSR可以被配置为既选择将被应用到VIA传感器(0310)的电源的类型，也选择其相对幅度/幅值。
行感测阱(0331，0333，0335)被通常解释为在该图中是独立的，但在一些配置中也可以利用由行切换寄存器(RSR)控制的一系列开关进行组合，其中所述行切换寄存器(RSR)限定了将被电耦合到VIA传感器(0310)可以外部访问的每一行的行感测阱的类型。交流/直流励磁的变化，电压源，开路，电流源和其它电感测阱组合可被用作感测阱(0331，0333，0335)的切换配置。RSR可以被配置为既选择将被应用到VIA传感器(0310)的电源的类型，也选择其相对幅度/幅值。
列/行切换逻辑(0400)
CSR和RSR列/行源/阱操作的其他细节在图4(0400)中进行了描述，其中VIA(0410)经由使用IIC(0412)和IIR(0413)阻抗网络被分别接口至列驱动源(0421，0423，0425)和行感测阱(0431，0433，0435)。列切换寄存器(CSR)(0420)可包括一组锁存器或其它存储元件，以配置开关，控制与每个列驱动源(0421，0423，0425)相关联的源驱动的类型，驱动源的幅度/幅值，以及驱动源是否被激活。类似地，行切换寄存器(CSR)(0430)可包括一组锁存器或其它存储元件，以配置开关，控制与每个行感测阱(0431，0433，0435)相关联的感测阱的类型，感测阱的幅度/幅值，以及感测阱是否被启动。
如前面提到的，IIC(0412)和IIR(0413)阻抗网络可以包括各种各样的阻抗，其可能是静态的或根据CSR(0420)和RSR(0430)的配置分别主动参与。因此，CSR(0420)和RSR(0430)可以在一些优选实施例中被配置成不仅激励/感测VIA(0410)的行为，也通过重新配置内部列交叉链路和内部行交叉链路来内部配置VIA(0410)的互连性质。所有的这种行为可以借助于控制逻辑(0440)被动态确定，该控制逻辑可以包括微控制器或执行从计算机可读介质(0444)所读取的机器指令的其他计算设备。在此范围内，模拟-数字(ADC)转换器(0450)的行为，可以部分地由CSR(0420)和/或RSR(0430)的配置，以及控制逻辑(0440)来控制。例如，基于该CSR(0420)和RSR(0430)的配置，ADC(0450)可被配置为用于特定操作模式，该特定操作模式和与CSR(0420)/RSR(0430)安装相关联的感测类型相兼容。
简化的系统实施例(0500)
在图1(0100)-图4(0400)中描述的广义概念在一些系统设计中可以被简化为如图5(0500)所示。在此，VIA传感器(0510)被示出，其中，互连阻抗列(0520)形成对包括VIA传感器阵列(0510)的物理VIA传感器列(0512)的减少的电接口。类似的，互连阻抗行(0530)形成对包括VIA传感器阵列(0510)的物理VIA传感器行(0513)的减少的电接口。注意，在本实施例中，物理VIA列(0512)的数量不必与物理VIA行(0513)的数量相同。此外，串联连接VIA(0510)的每一列的列内插阻抗部件(X)的数量不必等于串联连接VIA(0510)的每一行的行内插阻抗部件(Y)的数量。换句话说，内插的列(0522，0524)的数量不必等于内插的行(0532，0534)的数量。
该控制逻辑(0540)提供信息来控制列开关(0521，0523，0525)及行开关(0531，0533，0535)的状态。列开关(0521，0523，0525)限定了单独的VIA列是否被接地或被驱动到来自电压源(0527)的电位，所述电位可以在某些实施例中由控制逻辑(0540)来调节，以允许即时调节(0541)，这可以用来补偿驱动电子设备中的潜在的非线性。类似地，行开关(0531，0533，0535)限定了单独的VIA行是否被接地或电耦合到信号调节器(0560)和相关联的ADC(0550)。
在图5(0500)所示的配置中，VIA传感器(0510)一律在每列(X)之间包括两个内插阻抗，在每行(Y)之间包括三个内插阻抗。这说明了一个事实，即，在一个给定的VIA中，内插列的数量不必等于内插行的数量。此外，应该指出的是，内插列的数量在整个VIA中不必是均一的，内插行的数量在整个VIA中也不必是均一的。在整个VIA中，这些参数中的每个参数的数量可以不同。
还注意到，VIA传感器(0510)不需要在行或列内插阻抗内具有一致性，并且在某些情况下可以使用MOSFET或其它跨导器动态地限定这些阻抗的数量和/数值。在本示例性VIA传感器段中，可以看到，该阵列的一列(0523)被主动驱动，而其余的两列(0521，0525)被保持在地电位。行被配置，使得一个行(0533)被信号调节器(0560)/ADC的组合(0550)感测，而其余的行(0531，0535)被保持在地电位。
简化的方法(0600)
与图5(0500)的简化示意图相关联的方法在图6(0600)中进行了描述。在此，列驱动器、列源和行阱被简化为如图5(0500)所示，整个方法的复杂性也相应减少。本发明的示例性的方法可以在图6(0600)的流程图中被概括地描述为包括以下步骤：
(1)控制逻辑每次驱动一个有源列电极(0601)，同时将所有其他有源列电极接地(0602)。
(2)对于每一个动力驱动电极，该控制逻辑每次将一个感测电极连接到调节电路(0603)，同时将所有其它有源行电极接地(0604)。这在动力驱动电极和被连接到调节电路的感测电极的交叉点附近产生了穿过力感测元件的多个可能的电流路径。施加到传感器的力产生了与该力和该力到交叉点的距离成比例的信号。
(3)信号穿过所述调节电路，所述调节电路可以执行电流到电压的转换(0605)，可选地进行滤波，和/或放大以及产生模拟输出信号(0606)。
(4)ADC将从信号调节电路输出的信号转换成数字值，并将其存储在存储器阵列中(0607)。对有源行电极和有源列电极之间的每个交叉点重复以上操作(步骤(0601)-(0607))(0608)。
(5)在整个传感器被扫描后，控制电路可以可选地处理存储器中的阵列，以进一步过滤该信号，将该信号归一化为已知单位，提取例如触摸等特征，并随着时间跟踪触摸(0609)。
(6)该控制电路可以与外部部件交互以交换数据。其也可以选择改变扫描参数，以优化后续扫描的功率，速度，或等待时间。其也可以响应于用户请求或决定，在扫描之间关机或休眠(0610)。
该一般方法可根据许多因素进行大量修改，包括由本发明的范围所预期的重排和/或添加/删除步骤。本文所述的这一和其他优选的示例性实施例方法与在此所描述的各种优选示例性实施例系统的结合是由本发明的总体范围所预期的。
示例性非正交VIA(0700)
如图7(0700)所示，在一些优选实施例中，VIA可以被配置为非正交结构，而不会损害本发明教导的普遍性。该图描述了广义概念，即，各种各样的VIA传感元件的布局都可能使用本发明的教导，因此，本文所教导的内插技术不限于特定的VIA布局或坐标系统。
示例性径向/椭圆VIA(0800)
如图8(0800)所示，在一些优选实施例中，VIA可以被配置为径向结构，而不会损害本发明教导的普遍性。而所述的径向配置是相对于VIA的原点圆形对称的，如本文所述的一些优选的本发明实施例可通过拉伸/收缩/旋转VIA阵列的一个或多个轴来将其配置为椭圆阵列。
示例性的电压模式列驱动电路(0900)-(1100)
而列驱动器电路可采用与本发明的教导相一致的各种各样的形式，一种示例性形式在图9(0900)中被概括地示出。在此，有源列信号(0910)被提交给反相器链(0901，0902)，然后通过三态连接经由传输门(0903)被提供到IIC列驱动信号(0920)，所述IIC列驱动信号被连接到VIA内的IIC内插结构。传输门(0903)被设计成，当使能开关信号(0930)被激活时，将反相器链(0902)的输出主动耦合至IIC列驱动器(0920)。该三态反相器(0904)提供了必要的信号反相，以保证传输门(0903)能够双向电流流动。注意的是，列驱动电压(0940)可能与供给到所示的逆变器的其他电压不同，因为P2MOSFET可以根据反向器链(0901，0902)的列应用特定配置而被配置为功率驱动器。
应当注意，如图10(1000)所示，三态开关结构的其他实施例是可能的，其中堆叠的MOSFET开关可以组合使用，以提供如图9(0900)所示的激活和三态驱动控制功能。在这个例子中，为清楚起见，已经省略了用于激活信号和使能信号的反相电路。在图10(1000)的实施例中的主要区别在于对额外的余量电压要求(电源电压必须更高)和所有开关操作使用统一的电源电压的要求。在许多应用中，图9(0900)的配置是优选的，这是因为与切换VIA相关联的动态功耗将在以下量级：
P = 1 2 CV 2 f - - - ( 5 )
其中P代表动态功耗，C代表无功VIA负载电容，V代表开关电压差，以及f代表切换(扫描)频率。因此，在整个的VIA传感器中的开关电压的降低可以大大减少由触摸传感器扫描操作所消耗的功率量。通过使用图9(0900)的实施例内的差分驱动电压(即，减小列驱动电压(0940))，可以实现整体功耗的显著降低。
图10(1000)中所示的堆叠驱动方法可以被修改，以形成图11(1100)中概括示出的非堆叠IIC列驱动器。在此，增加了逻辑驱动该输出CMOS反相器，使得系统的总体电压操作更低。这种逻辑配置常用于微控制器三态GPIO电路中。
示例性电压模式行感测电路(1200)-(1300)
虽然行感测电路可采用与本发明的教导相一致的各种各样的形式，一种示例性形式在图12(1200)中被概括地示出。在此，IIR行感测信号线(1210)经由MOSFET被电耦合到ADC输入端(1220)，其中所述MOSFET被耦合到传输门(1202)的地面分流(1201)开关。当使能开关信号(1230)被激活时，MOSFET分流(1201)被禁用，传输门(1202)经由反相器(1203)激活，将所选择的IIR行感测信号线(1210)耦合到ADC(1220)。当使能开关信号(1230)无效时，MOSFET分流(1201)被启用，其将IIR行感测信号线(1210)接地，并禁用传输门(1210)，其中所述传输门将所选择的IIR行感测信号线(1210)从ADC(1220)解耦。
应当指出，在某些情况下，这个开关电路可以不只包括简单的无源信号切换，还可以包括有源放大/滤波装置，以在呈现给ADC之前调节所述IIR行感测信号线(1210)。这种类型的切换有源缓冲的实施是在电气领域的普通技术人员的技能范围之内的。
图12(1200)所述的电路可以被增加和修改为如图13(1300)所示，以包括接地使能信号(1340)和相关联的逻辑门(1341)，从而允许在所述行感测线不能被感测或被接地(诸如在多分辨率扫描操作中)的情况下可选地禁用IIR行感测线接地。在本实施例中的电路部件(1301,1302，1303，1310，1320，1330)大体上对应于图12(1200)中的元件(1201,1202，1203，1210，1220，1230)。
示例性电流模式列驱动电路(1400)-(1500)
图9(0900)-图12(1200)中概括描述的示例性电压模式列驱动电路在某些本发明的实施例中也可以使用如图14(1400)和图15(1500)所概括描述的电流模式的方法来实现。这些示意图通常描述了与图9(0900)-图12(1200)中类似的结构和功能，但是加入了电流模式驱动方法，其中P5/P6器件形成电流镜，当N6由使能信号(1430)激活时，所述电流镜反射由R1引入的电流。
如图15(1500)中概括描述的，可以使用多种方法将IIC列线接地，或者使用单个MOSFET(作为非理想的电流阱)，或者通过使用更常规的基于电流镜的电流阱。注意的是，由于被迫在这些配置中(1450，1550)的电流可以使用计算机控制的装置(R 1)(如图17(1700)所概括描述的)被“拨通”，这个实施例可以用于功率消耗必须被最小化的情况。
示例性电流模式行感测电路(1600)
图12(1200)-图13(1300)中概括描述的示例性电压模式行感测电路也可以使用如图16(1600)中概括描述的电流模式的方法来实现。这些示意图通常描述了与图12(1200)-图13(1300)中类似的结构，但是加入了电流模式感测方法。这里的IIR行感测信号(1610)提供了电流，其或者被开关N1(1601)分流，或被N2，N4，和N5的组合反射(1602)，以提供由电流模式的ADC(1620)转换的阱电流。使能信号(1630)被用来经由反向器(1603)选通分流开关(1601)，并经由N2为电流镜(1602)提供使能。
示例性可变内插电阻器(1700)
互连单独列(IIC)和单独行(IIR)的阻抗可以被配置为固定电阻器(可能每列和/或行内的值不同)，但是也可以通过使用MOSFET作为如图17(1700)所述的被配置为电压调制传输门的线性导体而被配置为可变电阻。在此，在微控制器或其它计算设备的控制下，所述的DAC可用来调制X和/或Y阻抗元件的有效电阻。本领域技术人员熟悉与该设计方法兼容的各种各样的DAC硬件实施方式。
有源电路可变阻抗阵列元件(1800)
可变阻抗阵列(VIA)通常结合了阻抗元件，其是无源结构，诸如电阻器，电容器，电感器，或包含这些原始元件的其它无源设备的组合。然而，一些优选的本发明实施例可以使用与无源VIA部件相关联的有源电路。此有源电路结构的一个例子在图18(1800)中被描述，其中VIA有源传感器元件(1810)包括无源VIA传感器元件(1811)，所述无源VIA传感器元件增加了互连VIA/IIC列(1813)和VIA/IIR行(1814)的有源电路(1812)。
采用VIA有源传感器元件(1820)为例来描述这一想法的一个可能的示例性实施例，其中所述VIA有源传感器元件包括一个无源的VIA传感器元件(1821)，所述无源的VIA传感器元件增加了互连VIA列(1823)和VIA行(1824)的MOSFET(1822)。本领域的技术人员将认识到，VIA单元(1811，1821)可包括各种各样的可变阻抗元件，并且该有源电路(1812，1822)可包括与耦合单独的VIA列(1813，1823)和VIA行(1814，1824)一致的各种各样的有源电路。
示例性变频激励/检测(1900)-(2000)
如图19(1900)中概括描述的，本发明可以利用CSR(1920)内的可选择的频率发生机制来激励VIA(1910)。虽然这种架构通常模仿了图4(0400)所示的结构，但增加了可选择的滤波元件(1960)，从而允许单独的激励频率从VIA(1910)被过滤，并在被控制逻辑(1940)处理之前，由ADC(1950)检测。在一些情况下，可选择的滤波元件(1960)可以被结合在ADC(1950)内。在本实施例中，CSR(1920)交流励磁可采取一个或多个奇异频率的形式或采用多个频率的形式。在一些实施例中，预期了在该配置中使用任意波形发生器(AWG)以用于产生CSR(1920)频率。
注意的是，在CSR(1920)内使用多个激励频率以及通过可编程滤波器(1960)进行平行的多个频率的检测，可允许VIA(1910)的多个区域被同时检测。这连同适当的控制逻辑(1940)软件/固件，可以允许多个触摸区域被正确地检测，并允许使用不同的频率来检测VIA(1910)内的更细化的记录。这种多频率的方法也可以在某些情况下使用，以减少操作触摸传感器检测器系统所需要的功率。
这种基于多区域频率的扫描方法的一个例子在图20(2000)中被描述，其中所述VIA沿着列以各种频率被激发，并且通过对行传感器上的频率信息进行选择性过滤，可以基于单独的VIA传感器元件的阻抗变化以及基于频率来感测VIA。注意的是，这可能在某些情况下允许所述的VIA表面的多个区域与不同的感测机制相关联，例如压力，接近度，与电容方式耦合的尖笔的相互作用等。
可变扫描分辨率(2100)-(2400)
本发明预期，通过改变IIC列激励和IIR行感测的IIR配置，可以从一个给定的本发明实施例中获得多种扫描分辨率。关于这种变量扫描分辨率能力的几个例子在图21(2100)-图24(2400)中示出。在这些实施例中，实心水平/垂直线代表VIA中的有源行/列，虚线代表VIA内的内插行/列。每行/列可以被认为是处于有源状态(列被驱动/接地并且行被感测/接地)或断开状态(高阻抗状态)。
图21(2100)示出了一种场景，其中配置了全分辨率扫描，在一次扫描过程中，所有列都被驱动并且所有行都被感测。在图22(2200)中描述了半分辨率扫描，其中，在一次扫描过程中，每隔一个行/列被连接和被驱动/被感测。在图23(2300)中描述了四分之一分辨率扫描，其中,在一次扫描过程中，每四个行/列被连接和被驱动/被感测。最后，图24(2400)示出了混合模式扫描的概念，其中以全分辨率扫描了VIA的一部分，以较低分辨率扫描了VIA的其余部分。通过减少与扫描VIA的每个列/行相关的动态功率损耗，这种改变扫描分辨率的能力大大有助于整个触摸传感器系统的节能。本领域技术人员将意识到图24(2400)的例子可以被配置为在整个VIA结构内的多个离散区域执行全分辨率扫描。
笔/尖笔实施例(2500)-(3200)
概述(2500)
如图25(2500)-图32(3200)所概括描述的，本发明可以加入用户(2501)笔/尖笔(2520)的使用，作为除了触摸传感器检测器之外的GUI(2502)输入。如图25(2500)的框图中所示，该可替代实施例与图1(0100)所示的实施例具有类似的功能，但增加了笔/尖笔(2520)，其在从计算机可读介质(2504)读取的机器指令的控制下，可以与触摸传感器检测器(TSD)/触摸传感器阵列(TSA)(2510)和/或计算机系统(2503)进行通信。
有源电容式尖笔(2600)
如图26(2600)所概括描述的，此配置中的有源电容式尖笔(2620)的使用，允许尖笔(2620)发射信号(如选定的交流频率)(2621)，然后信号由TSA(2610)来检测，并用于在一维扫描方法中分别确定尖笔X和Y的位置。如该图中所描述的，计算机系统(2601)可以被配置为在此配置中与TSA(2610)无线通信(2602)，以及与尖笔(2620)无线通信(2603)。
如在图中所描述的，在某些情况下，有源电容式尖笔(2620)可以被配置为接收来自单独的VIA传感器元件(2623)的无线传输(2622)，并将该信息无线通信给计算机系统(2601)。以这种方式，VIA可用于将信息(位置，压力，检测电容，接近度，等)通信至尖笔(2620)，然后信息被转送至计算机系统(2601)。
示例性尖笔示意图(2700)
图27(2700)描述了示例性有源电容式尖笔的示意性框图，其中电源(通常为1.5V电池)(2701)在低功率微控制器(2703)的控制下由功率控制模块(2702)升压转换，为系统提供电力。微控制器操作以控制振荡器(2704)，振荡器用信号驱动PCB天线(2705)，所述信号被设计成在由尖笔尖(2706)传输之后，由TSA接收。振荡器(2704)和尖笔尖(2706)之间的辐射耦合通常是电容性的，但可以通过板上PCB天线(2705)来辅助。由振荡器(2704)发射的信号的类型可以在某些情况下由微控制器(2703)可选地通过用户输入(2707)来控制，所述用户输入可以采取尖笔主体内的TSA的形式，可选地或者采取包含在尖笔主体内的键盘开关或电容式传感器的形式。这个用户输入(2707)可以使尖笔进入不同的操作模式，不同的操作模式能通过尖笔尖(2706)向TSA传达不同的信息。从而，尖笔尖(2706)不仅可以向TSA传达信息(例如压力/位置)，还可以基于振荡器(2707)输出的状态，提供模式指示。
尖笔(2706)将模式通信给TSA，连同与此，尖笔还可以配置有无线接口(WiFi，等等)，所述无线接口可以利用振荡器(2704)和/或PCB天线(2705)与TSA电子器件和/或与如图26(2600)所示TSA电子器件与其通信的计算设备进行通信。
示例性尖笔结构(2800)-(2900)
在图28(2800)–图29(2900)中提供了示例性尖笔结构的细节。其中尖笔包括配置有用于装配的配合螺纹(2803)的顶部外壳(2801)和底部(2802)外壳。在该两件式外壳结构内，包括有提供电力的电池(2804)、包含有源电极的PCB(2805)，以及尖笔，所述尖笔被设计成与覆盖TSA的保护罩相接触。可以包括可选的机械开关(2807)，以支持对尖笔的功率控制，或作为改变尖笔的操作模式的装置。可以包括弹簧(2808，2809)，以影响电池(2804)接触，并在尖笔尖(2806)被放置成与平坦表面(例如TSA保护罩的表面)相接触时，允许尖笔尖(2806)自由移动。
尖笔内也可能有与微控制器(2703)相关联的多种用户输入机制(例如，开关或其它输入)(2807)，其可以允许修改尖笔的操作模式。在图28(2800)中示出了这样的一个例子。其中底部外壳(2802)的外表面上的带(2811，2812，2813，2814，2815)通过电容耦合被感测，以确定对微控制器的用户开关输入，并因此设置尖笔的操作模式。同时其它的模式选择方法是可能的，这只是尖笔以多种模式与TSA操作的能力的一个例子。
图29(2900)提供了关于尖笔的内部结构的更多细节，包括PCB，用于尖笔尖的弹簧支撑接触件，以及用于PCB迹线天线的装置，以有助于使用TSA作为输入装置与TSA和/或计算系统进行通信。
示例性输入数据分布(3000)-(3200)
如图30(3000)-图32(3200)概括描述的，本发明可以包括在平板表面(3110，3210)上使用手/手指手势以及笔/尖笔输入，以产生图31(3100)和图32(3200)所示的压力/存在分布。如图30(3000)所示，该系统可以用于收集来自不同用户的手指(或用户手的其它部分)以及尖笔/笔输入的压力信息。如在图31(3100)中所示，这些输入可以形成压力图，其中每个手/手指/尖笔输入与TSA中的一个压力分布相关联。如图32(3200)所示，这些压力分布可以被区分为来自用户手/手指(P)或来自尖笔(S)，因为在这种情况下的尖笔是如先前所讨论的有源电容式尖笔，并且在操作期间向TSA发射无线信息。注意的是，在图32(3200)中，与尖笔输入(S)相比，系统可以被配置以在压力输入(在这些图中被定义为椭圆)(P)之间进行区分，从而允许对同一个TSA进行不同维度平面的输入。这个附加的信息平面，可以由在远程计算机系统上运行的应用软件使用，以影响该应用软件内的各种操作模式或控制。
详细描述-IFSA实施例(3300)-(6400)
概述
虽然可以使用多种技术在VIA传感器中实现本发明，一组优选的示例性实施例利用压敏式传感器来形成内插力感测阵列(IFSA)。以下讨论提供了该压敏类优选实施例的细节，并提供了详细的示例性结构环境。注意的是，虽然IFSA实施例在下文被详细描述，在它们的结构中使用的技术可以同样适用于其他类型的传感器技术，例如电容式，电磁式等。
根据上述概括描述，本发明IFSA实施例描述了用于构建高分辨率力感测阵列的系统和方法，允许驱动和感测电路具有比该力感测阵列更低的分辨率的内插电路，用于扫描传感器并处理所得信号的电路和所附算法，以及将该传感器集成进各种装置的方法。
IFSA传感器通常由下述部件组成。各部件的进一步的细节和解释可以在下面的详细描述中找到。
·感测区域 感测区域由行和列电极以及力感测元件的网格组成，在感测区域中，每个元件被连接在一个行电极和一个列电极之间。
·内插电阻器 一组内插电阻器，其连接至行电极和列电极以及驱动/感测电路。
·驱动电路 驱动电路由一组数字和/或逻辑开关和连接到有源列的相关控制逻辑组成。
·感测电路 感测电路由一组数字和/或逻辑开关和连接到有源行的相关控制逻辑组成。
·电压/电流源 电压或电流源，其为驱动电路提供驱动电压/电流。
·信号调节 可选的信号调节部件，其对感测电路发出的信号进行调节，过滤，或转换。
·控制电路 控制电路，通常是微控制器或ASIC，其产生扫描传感器所需要的控制信号序列。该控制电路还可以包括内部或外部的ADC，用于将传感器信号从模拟格式转换到数字格式，处理器和存储器，用以处理和翻译信号，和IO逻辑，用以与外部部件(例如主机处理器)进行通信。
注意的是，电路中的行和列可以互换，但为了说明的目的，本发明将驱动电路连接到列，并将感测电路连接到行。还要注意的是，出于说明的目的，将各部件单独示出。这些部件的功能在实际实现方式中可以合并和/或分离。该情况的一些例子可以包括将内插电阻器与感测区域合并，将电压源并入驱动电路中，将ADC放置到控制电路的外部，等等。为了清楚起见，本发明调用直接连接到驱动和感测电路有源列和有源行电极的行和列电极，而那些通过内插电阻连接到驱动和检测电路的则被称为内插列电极和内插行电极。
在操作过程中，控制电路重复扫描传感器，以检索传感器上的力分布的二维“图像”。每个扫描周期被称为一个帧。下面是每一帧过程中所发生的步骤的概述。每个步骤的进一步的细节和解释可以在详细描述中找到。
(1)控制逻辑每次驱动一个有源列电极，同时将所有其他有源列电极接地。
(2)对于每一个动力驱动电极，该控制逻辑每次将一个感测电极连接到调节电路，同时将所有其它有源行电极接地。这产生了通过动力驱动电极和感测电极的交叉点附近的力感测元件的多个可能电流路径，所述交叉点被连接到所述调节电路。施加到传感器的力产生了与力和力到交叉点的距离成比例的信号。
(3)信号穿过所述调节电路，所述调节电路可以执行电流到电压的转换，滤波，和/或放大，并产生模拟输出信号。
(4)ADC将从信号调节电路输出的信号转换成数字值，并将其存储进存储器中的阵列。对有源行电极和有源列电极之间的每个交叉点重复以上操作。
(5)在整个传感器被扫描后，控制电路可以处理存储器中的阵列，以进一步过滤该信号，将该信号归一化为已知单位，提取例如触摸等特征，并随着时间跟踪触摸。
(6)该控制电路可以与外部部件交互以交换数据。也可以选择改变扫描参数，以优化后续扫描的功率，速度，或等待时间。其也可以响应于用户请求或决定，在扫描之间关机或休眠。
(7)发送到外部电路的信号被产品专用的硬件和/或软件使用，其中IFSA用于执行所需任务。
所描述的部件和方法协调一致，以使所述传感器捕捉压力分布，处理数据，并输出有意义的信息，从而实现各种各样的应用。本发明的上述目的，特征，和优点以及本发明的详细设计，实施，和制造，于在此提供的本发明的详细说明中被更详细地澄清和讨论。
工作理论(3300)-(3600)
引言
下面的讨论将在概念层次描述如何构造一种IFSA传感器，以及该结构如何实现内插。如前所述，IFSA传感器具有一组有源行和列电极，其被连接到驱动和感测电路。在每对有源行和列电极之间，有一个或多个内插的电极。虽然每个行和列对之间进行内插的电极的数目可以变化，大多数IFSA传感器设计将保持这个数目恒定并将其称为数量N。
图33(3300)描述了一种IFSA电路的例子，其具有四个有源列电极，五个有源行电极，以及在每对行电极和列电极之间有两个内插电极。因此，通过通常只能够读取一个4×5传感器的电路，本发明能够从力感测元件的10×13阵列读取力。与被挂接到读出的电子器件的行和列的数量相比，利用这种布置，本发明将传感器在X和Y维度的有效跟踪分辨率增至三倍。此外，通过增加内插的行和列电极的数量N，本发明可进一步提高传感器的跟踪分辨率，而仅受限于产生传感器的制造方法的能力。
力感测元件
在每对行和列电极的交叉点有一个力感测元件，在本发明中，其被示意性表示为一个可变电阻器。可采用各种不同的材料、配置和制造方法来产生力感测元件，将在后面的部分中进行描述。将在IFSA传感器中使用的大多数力感测元件以类似的方式响应于所施加的力–随着力的施加，电阻减小。然而，电阻和力之间的关系通常是非线性的。出于这个原因，优选测量传感器的电导，而不是测量电阻，电导是电阻的倒数。施加压力时，电导以线性或接近线性的方式增大。如果比例常数(其对应于灵敏度)被设定为变量k，施加在特定传感器元件上的力的大小为F，和所述传感器元件的电导率为C，则本发明可以根据以下方程，相对于力F对传感器的电导C建模：
C＝kF (6)
如果把电压施加在力感测元件上，欧姆定律指出流过力感测元件的电流I的量将和力与电压V的乘积成比例：
I＝kFV (7)
内插电阻器
每对相邻电极(有源和内插)之间连接有内插电阻器。虽然一些传感器的实施例的内插电阻器可具有变化的电阻值，对于该例子，假设所有的内插电阻器具有相同的电阻值Ri。这些电阻形成一系列电阻分压器电路，其如将可以看到的，使传感器具有内插特性。
内插的活动状态
对本发明扫描IFSA传感器的交叉点时发生的活动，将在下文中进行描述。在传感器的扫描中的任何点处，一个有源列电极被驱动到已知的电压Vd，同时其相邻列电极被接地。同时，测量正从一个有源行电极流出的电流Is，同时，相邻的行电极被接地。如前所述，在给定的有源列或行电极对之间的内插电极的数目在整个传感器范围内可以变化，但出于说明的目的，假定本发明传感器实施例由在每个有源列和行电极对之间数量一致的内插电极构成。在本申请中，所述数量被称为N。
当电压Vd由驱动电子设备施加时，在两个接地列电极和两个接地行电极之间的区域中的每个力感测元件以相对于元件上的力和离行-列交叉点的距离成线性的方式，为总的感测输出电流Is贡献一些电流。为了了解每个力感测元件如何有助于最终的输出值，参考图34(3400)，其描述了在传感器扫描期间某个时刻的IFSA传感器(如图33(3300)中的传感器)的一个部分，其中在图的中心处的行/列交叉点正在被扫描。该传感器在每一对有源行和列电极之间具有2个内插电极(N＝2)。在该图中，本发明根据每个列电极(无论是有源或内插)离当前供电电极的距离(在本实施例中其为列电极0)，为其分配一个x坐标。在此图中，最左边，中央和最右边的电极是有源电极。它们被分别编号为-3，0和3(对于具有不同N的通用传感器，它们将被编号为-(N+1)，0和(N+1))。在它们之间，有两组内插电极。这些电极被编号为-2和-1(通常为-N到-1)以及1和2(通常为1到N)。我们以类似的方式，根据每个行电极离当前感测的电极(在本实施例中，其为行电极0)的距离，为每个行电极分配一个y坐标。最后，本发明为在列X和行Y的交叉点处的每个力感测元件分配一个坐标(X，Y)。
请记住，围绕被驱动电极和被感测的电极的所有相邻列和行电极电极被驱动成接地。因此，列电极小号-3和3被接地，并因此行电极-3和3也被接地。在本节的剩余部分，本发明表明，这产生了围绕列0和行0的交叉点的灵敏度分布，其沿X和Y两个方向以线性方式衰减。
在驱动侧，在被驱动的有源电极和相邻有源电极之间互连内插电极的一组内插电阻器(其被接地)形成了一系列分压器。这些电阻器都有相同的电阻值Ri。因此，本发明可以将在这些列电极中的每个列电极处的电压Vc表示为x的函数：
V c ( x ) = V d [ ( N + 1 - | x | ) N + 1 ] - - - ( 8 )
每个行和列电极之间是如前所述的力感测元件。流过力感测元件的电流正比于所施加的力和所施加的电压而变化。如果一个给定的列电极处于如上所述的电压Vc(X)，力感测元件的比例常数为K，并且如果本发明假定力感测元件的感测侧处于0伏电位(将在后面描述为何这是一个合理的假设)，则流经位置(X，Y)处的力感测元件的电流If(X，Y)为：
If(x,y)＝Vc(x)×kF(x,y) (9)
在读出侧，每对有源电极之间的内插电阻器也充当一系列电阻分压器，除此之外，它们分割流入电极的电流，使之穿过相邻有源电极(这两者都处于接地电位)之间的力感测元件。在本实施例中，这些电极中的一个正被感测，相邻有源电极被接地。来自力感测元件(X，Y)的对有源感测电极处的电流的贡献可以表示为：
I c ( x , y ) = I f ( x , y ) [ ( N + 1 - | y | ) N + 1 ] - - - ( 10 )
现在，将If(X，Y)的方程带入上述方程，然后将Vc(X)的方程代入所得方程，则得到下面的方程IC(X，Y)：
I c ( x , y ) = kF ( x , y ) × V d × [ ( N + 1 - | x | ) N + 1 ] × [ ( N + 1 - | y | ) N + 1 ] - - - ( 11 )
因为K，Vd和N都是恒定的，可以看出，对输出电流的贡献(其从有源行和列电极的交叉点处读出)与施加到位置(X，Y)的力F(X，Y)以及与力感测元件在X和Y坐标系中离行-列交叉点的距离成比例。
因为列之间的电压分压器电路和行之间的电流分流器都表现为线性，来自每个传感元件的电流贡献是相加的，因此，一个给定行-列交叉点处的最终感测的电流Is可以被表示为：
I s = k V ( N + 1 ) 2 Σ x = - N + N Σ y = - N + N F ( x , y ) × ( N + 1 - | x | ) × ( N + 1 - | y | ) - - - ( 12 )
这个公式模拟了每个行/列交叉点相对于施加到围绕该交叉点的传感元件上的力的分布如何起作用(注意，存在一些不是由该公式模拟的非线性，但影响通常可以忽略不计，如下文所述)。为了更清楚地理解所发生的事情，本发明可以计算每个传感元件相对于(0,0)处的元件对在一个有源行和列的交叉点处的读数的贡献。我们计算在图34(3400)中的传感器的每个行/列交叉点处，49个力感测元件中的每个力感测元件的贡献。图35(3500)描述了这些计算的结果，这是图34(3400)所示的7×7力感测元件阵列的相对贡献。这一灵敏度分布在图36(3600)中以三维显示。
因为相同的分布发生在每个扫描的有源行和列的交叉点处，每个传感元件以相对于离这些交叉点的距离呈线性的方式，将其信号贡献到围绕其的有源行/列电极交叉点。由于在X和Y坐标系中的贡献的衰减是线性的，本发明可以使用线性内插，施加到从每个有源行和列的交叉点读出的力值的阵列，以精确地计算施加到传感器的力分布的形心。
此外，本发明可以用以跟踪该形心的分辨率不与有源感测线的分辨率成比例，但是与内插线的分辨率成比例。因此，通过简单地提高N值，本发明能够提高本发明的传感器的跟踪分辨率。
由于电流流经力感测元件而导致非线性
在推导上述方程中，并不考虑电流流经力感测元件的效果。此电流导致在力感测元件的驱动侧处的电压Vc的降低，并导致力感测元件的感测侧处的电压增加至接地电位以上。因此，比由方程预计的电流更小的电流将流经传感器，产生略微降低的灵敏度。
更成问题的是，所产生的电流流经内插电阻器，偏斜它们的电压，并影响附近的其他力感测元件的响应。幸运的是，这个问题可以通过为内插电阻器选取低电阻值和将力感测元件设计成使它们在有用工作范围内具有显著较高的电阻值来缓解。这保证了这种效应的规模相对较小，并且不会显著影响传感器的精度。有利的是，增加力感测元件的电阻也降低了总功耗。
力感测计算
概述
有多种优选的本发明实施例利用压敏阵列作为VIA结构的一部分。在本申请上下文中，可以将多种力的计算方法连同施加到整个VIA的多个列和行的总体内插功能一起加入到控制逻辑中。下面详细讨论这些计算，并为本发明的实施例的广泛实施提供了参考点，其中本发明的实施例利用这种形式的VIA结构作为内插处理的基础。
通过对从传感器读出的二维传感器阵列值进行算术运算来计算触摸的力和位置。在力感测传感器中，该传感器值对应于力，在电容式传感器中，它们可对应于电容信号。这些计算对于那些熟悉触摸传感器的信号处理的人来说通常是已知的。
虽然在以较低的分辨率(如有源电极分辨率)完成一次扫描后，本发明不能重构单独传感器元件上的力，但本发明可以以传感器的全分辨率(如VIA分辨率)重构较高阶的信息，例如触摸的力和位置。本发明获得该结果的几个原因如下：
·内插网络允许传感器以线性方式被下采样；和
·用于计算触摸的力和位置的计算方法在本质上是线性的。
通过以数学方式展示本发明的方法产生了对传感器信号的线性下采样的方式，上述操作理论部分描述了第一功能。本节的剩余部分将通过提供更多用于计算触摸的力和位置的方法的细节的方式，来解释第二个方面。
因为下采样是在硬件中发生的事情，并且用于计算的数学都是线性的，本发明从以较低的分辨率扫描传感器获取的精度与如本发明以传感器元件的全分辨率进行扫描所获取的精度是相同的。此外，不管触摸多小或多大(不论它覆盖了单个传感器元件或多个传感器元件)，这个结果也是成立的。本发明唯一失去的是区分相互距离比本发明的扫描的“奈奎斯特周期”更近的两个触摸的能力。
这是重要的，因为它意味着本发明能通过使用低分辨率扫描电子设备来实现以高分辨率进行感测，而不会牺牲精度。或者，本发明可以提高低分辨率传感器的精度，而不需要引入额外的电子设备。
唯一无法用数学手段获得的是面积计算(因为内插之后，就没有办法确切知道有多少传感器元件被启动)。然而，这通常不是问题，因为有很多方法来近似获得面积计算。
而可以使用例如样条插值方法，来近似重建由每个传感器元件感测到的力的值，本发明在固件中可能不会选择这样做。其原因是，这将是计算量非常巨大，并会在许多方面使以较低的分辨率扫描传感器的优点受损。相反，本发明通常执行下述对低分辨率扫描图象的数学计算，并且因为线性特性，本发明能获得好像其已经对全分辨率扫描图像进行了数学计算那样的相同结果。
请注意，某些优选的本发明实施例可以在固件中对二维力阵列进行上采样，以更好地估计触摸的位置，或者实现多分辨率扫描。然而，在PC端，本发明可利用样条插值来向上采样低分辨率力图(force image)，返回到传感器元件的分辨率，用于实现VIA数据的审美可视化。以下是本发明如何计算触摸的力和位置的概述。
计算触摸力
触摸力是所有触摸力值的总和。注意，在本节中，描述了对从传感器读出的TSM数据的数学运算。N，X和Y指TSM矩阵的尺寸和在该矩阵中的数据的(X，Y)坐标，F(X，Y)是指在TSM中的坐标(X，Y)处的数据。它们并不指内插电极。
T o t a l F o r c e = Σ x = 0 N Σ y = 0 N F ( x , y ) - - - ( 13 )
在本申请中总力被称为Ftotal。
计算触摸位置
在X维度的触摸位置是该触摸的多个X位置的力加权平均值。在Y维度的触摸位置是该触摸的多个Y位置的力加权平均值。
X P o s i t i o n = 1 F t o t a l Σ x = 0 N Σ y = 0 N xF ( x , y ) - - - ( 14 )
Y P o s i t i o n = 1 F t o t a l Σ x = 0 N Σ y = 0 N yF ( x , y ) - - - ( 15 )
在本文件的其余部分，X和Y位置被称为μxandμy。
计算触摸形状
用围绕所述触摸的椭圆来估计触摸形状。椭圆的计算与多个值的高斯分布的标准偏差的计算相似，除了它是在二维中进行之外。通过计算一个2x2协方差矩阵来开始计算：
X Y X Y X Y Y Y - - - ( 16 )
在这个矩阵中，XX，YY和XY是沿X、Y的矩阵方差和XY对角线。从这个矩阵，我们可以计算本征向量，其确定该矩阵的长轴、短轴和特征值，所述特征值确定长轴和短轴的长度。
X Y = 1 F t o t a l Σ x = 0 N Σ y = 0 N xF ( x , y ) ( x - μ x ) 2 - - - ( 17 )
Y Y = 1 F t o t a l Σ x = 0 N Σ y = 0 N F ( x , y ) ( y - μ y ) 2 - - - ( 18 )
X Y = 1 F t o t a l Σ x = 0 N Σ y = 0 N F ( x , y ) ( x - μ x ) ( y - μ y ) - - - ( 19 )
由此，可以用能在任何线性代数教科书中找到的简单的数学来找到该协方差矩阵的特征向量和特征值。重要的是要注意到，可以通过取第一和第二特征值的平方根并乘以一个因子来计算长轴和短轴的长度。这个因子确定了将由该椭圆包围的该触摸的百分比部分(通常采用大小在2和3之间的因子，用于沿X和Y维度包围该椭圆的95％至99％)。
计算结果的平方根导致了该算法的输入和输出值之间的近似线性关系，从而保留了本发明传感器的线性特性的优点。最后，长轴和短轴的长度可以相乘，以估计面积。
如上述所示，用于计算触摸的力，位置，以及形状的数学运算不会受到施加到传感器上的内插的水平的影响。
多点触摸
当有多个触摸时，分水岭算法用于将所述传感器的面积分段成分离的区域，每个区域将含有单个触摸。理论上说，上述的算法在每个区域被单独执行，用以计算每个触摸的统计信息。
触摸面积计算
触摸面积就是大于某一阈值t的力值的数量。
A r e a = Σ x = 0 N Σ y = 0 N F ( x , y ) > t ⇒ 1 e l s e ⇒ 0 - - - ( 20 )
触摸面积将受到内插水平的影响，因为大于阈值的读数的数量将随着内插水平的增加而减小。这主要影响小面积的触摸，对于其来说，没有足够的数据点可用来准确地重建触摸区域。为了改善这一点，可以使用在本文中被称为“软面积”的计算，其使用软截止，而不是硬阈值t。这比上面的计算提供了更好的面积估算。通常，触摸的面积对用户界面应用来说不像力和位置一样重要，因而下采样导致的面积计算的准确性降低，对用户来说是可以接受的。
优点总结
概括地说，可以用两种不同方式看到本发明方法对压力感测的优点。
·对于起始于高分辨率传感器的传感器设计，本发明的方法允许用较低分辨率的电子设备扫描传感器，同时保留对(X，Y)位置、力和形状的计算精度。在这种情况下，系统的成本，复杂性和电源消耗被降低，而不牺牲触摸跟踪性能。
·体现本发明方法的另一种方式是对于起始于低分辨率传感器的设计。在这种情况下，本发明方法允许在保持感测电子设备的相同的分辨率的同时，提高传感器的分辨率。因此，传感器的精度提高，而不增加电子设备的成本，复杂性和功率消耗。
结构细节(3700)-(5800)
力感测材料
存在可用于生成力感测材料(FSM)的各种不同的材料。这些材料包括导电橡胶，导电泡沫，导电塑料(例如)，和导电油墨。这些材料通常是通过将导电颗粒(例如碳颗粒)与绝缘颗粒(例如聚合物)混合制成。导电性颗粒可以包括诸如金属颗粒(其包括银，金，和镍)，以及例如石墨烯，碳纳米管，银纳米线，和有机导体等材料。
透明的FSM也可以通过将透明导电材料混合到透明的非导电载体中来生成。透明导电材料包括氧化铟锡(ITO)，透明有机导电颗粒，或因太小而不能看到的材料，如石墨烯，碳纳米管，银纳米线，或金属纳米粒子(其包括银，金，和镍)。用于制造透明的FSM的透明非导电材料包括PET，聚酰亚胺，聚碳酸酯，或例如硅酮的透明橡胶。可替代地，透明导电材料可以被沉积在透明基板(例如聚合物、玻璃、或超薄柔性玻璃)的表面。
这些材料所具有的共同点是具有高的体电阻(在导体和绝缘体之间的水平)，粗糙的表面(在微观尺度)，以及一定量的柔韧度。其结果是，当这些材料接触导体时，在界面处的电阻将随着推动力感测材料抵靠导体的力的增大而减小。
随着力被施加，这些材料中的一些材料的体电阻也可能经历变化，这是由于导电颗粒靠得越来越近。然而，相对于表面电阻的变化，这种影响通常很小。出于本公开的目的，本发明将具有上述性质的所有材料都称为力感测材料(FSM)，并且本发明应将包含/载有力感测材料的层称为力感测层(FSL)。
力感测元件
每行/列电极交叉点之间有力感测元件，它产生了可变电阻。存在可能用于力感测元件的几种不同配置，如图37(3700)-图40(4000)所示。两种最常见的配置是本发明所称的分流模式和直通模式。
在分流模式配置中，有两个基板。顶部基板涂覆有FSM，而底部基板包括两个电极(图37(3700))当两个基板被挤压在一起时，FSM允许电流在两个电极之间流动，引起电阻的可变降低。在本质上，FSM充当两个电极之间的分流。为了增加灵敏度，两个电极可以被图案化，以形成一组相互交叉的导电指。
第二种常用配置被称为直通模式，其中两个电极被图案化到两个分开的基板上，FSM位于它们之间。该配置具有三种变体。我们称第一种变体为双面直通模式。在这种配置中，顶部和底部基板上的电极涂覆有FSM(图38(3800))。力敏感界面在FSM的两层之间形成。将两层挤压在一起引起电阻的可变降低。
单面直通模式变体与双面直通模式类似，除了两个电极中仅有一个涂覆有FSM(图39(3900))之外。通常情况下，无论两个电极中的哪一个电极(顶部电极或底部电极)涂覆有FSM都是无关紧要的。最终的变体被称为夹层直通模式。在该变体中，FSM未被沉积到电极上。
相反，其在两个电极之间形成了一个层(图40(4000))。因此，在顶部电极和FSM之间、以及在底部电极和FSM之间形成了两个力感测界面。但是，从传感器电路的角度来看，这两个力感测元件作用相同，都用作单个力感测元件。
力感测阵列结构(3700)-(4000)
IFSA传感器被通常构造成力感测元件在一组行和列电极的交叉点处的二维阵列。内插电阻被连接在每对相邻的列电极和每对相邻行电极之间。然后，有源列和行电极被连接到驱动和感测电路(图33(3300))。
可以使用各种不同的直通模式或分流模式配置来构建传感器元件(图37(3700)–图40(4000))。因为一个传感器阵列具有彼此邻近的许多传感器元件，有必要将传感器元件电绝缘，使得在一个元件中产生的信号对相邻元件的影响最小。
可能的传感器配置之间的差异主要是：电极的形状，力感测材料被施加在电极上或电极之间的方式，以及力感测材料被图案化的方式以避免/降低附近的传感器元件之间的相互作用。传感器元件设计的选择对整个传感器结构产生影响，反之亦然。
直通模式配置(4100)-(4300)
在图41(4100)–图43(4300)中描述了几种可能的直通模式配置。图41(4100)中的阵列是由夹心直通模式配置构建，其中力感测层被夹在两个基板之间，这两个基板承载了向内朝向力感测层的行电极和列电极。力感测元件在行电极和列电极的每个交叉点处形成。在这些图中，力感测材料被分段，使得每个力感测元件具有其自己的力感测材料的的电绝缘片。图43(4300)示出了一种交替布置，其中非常薄的连续的力感测材料层被夹在行和列电极之间。可替代地，具有力感测材料的图案(图48(4800))或伪随机图案(图49(4900))的材料可以被夹在图43(4300)所示的行和列电极之间。图42(4200)中的阵列由双面-单面直通模式配置构建，其中每个行电极和列电极被涂覆有力感测材料。它的一种可能的变体(未示出)是仅顶部电极或仅底部电极涂覆有力感测材料。
分流模式配置(5000)-(5700)
在图50(5000)–图57(5700)中描述了一些可能的分流模式配置。所有这些配置包括双面电路板，在顶面有暴露的电极，力感测层被放置在该暴露的电极的顶部上。在分流模式配置中，列和行电极不能两者都完全位于同一层，因为它们将会彼此交叉并且电短路。为了解决这个问题，在这些例子中，行电极与PCB背面的水平迹线互连。背面上的迹线如图52(5200),图55(5500)和图57(5700)所示。使用过孔在PCB的前面所形成的“垫”到背面的迹线之间进行连接。这将每个行电极的一部分与前表面上的每个列电极并置，形成分流模式力感测元件的两个电端子。其结果是，传感器元件的阵列由在电路板的上表面上的电极图案和下落到该图案的顶部上的力敏感材料层形成。各种力感测材料和FSM的图案可以用于建立如下文所述的力感测层。并且，电极图案本身可以是变化的，如图50(5000)-图57(5700)所示。
图50(5000)示出了一个简单的图案，其中每个感测元件包括露出的导体的两个矩形区域(力感测层被切掉，以显示所述导体图案及力感测材料片与图案的对准)。图51(5100)是其变体，其中，交错的指状物被添加到两个矩形区域，以增加每个力感测元件的灵敏度。图52(5200)描述了在这两种设计的背面上的行导体的图案。图53(5300)示出了图50(5000)的变体，其中每隔一个传感器元件被水平翻转。这具有使建立电路所需的过孔的数量减半，并且增加过孔之间的空间的效果，从而降低了制造成本，并有助于提高传感器密度。图54(5400)描述了一种设计，其将图51(5100)中设计的交错指状物和图53(5300)中设计的翻转的列相组合。图55(5500)描述了这两种设计的背面。图56(5600)描述了图50(5000)的设计的一种变化，其中，围绕每个过孔的区域被加宽成菱形。此设计可通过加宽围绕每个过孔的导体面积来减少制造成本，并增加传感器的密度。图57(5700)描述了这种设计的背面。
力感测层(FSL)设计
力感测层(SSL)由力感测材料组成，或承载有力感测材料。针对直通模式和分流模式配置的这个层，存在各种可能的设计。这些设计的主要区别是其中它们在相邻传感器元件之间提供电绝缘的方式。对于每个设计，在制造难度/制造成本、对准的难度/与其它传感器层组装的难度，以及相邻元件之间的电绝缘水平方面存在权衡。
一种使力感测元件电绝缘的方法是建立一个分段的力感测层(图46(4600))。在该布置中，每个感测元件都存在与之对齐的FSM的单个片。多个所述片之间的间隙避免电互连。这种方法提供了最佳的绝缘，但需要传感器层之间的精确对准。另一种电绝缘传感器元件的方式是使用具有FSM片(图48(4800))的精细图案的图案化的力感测层。该图案的尺寸比力感测元件自身的尺寸更小。因此，FSM的多个片将有助于每个传感器元件的灵敏度。这种配置消除了在FSL和传感器的力感测元件之间进行精确对准的需要。在这种配置中，绝缘是不完全的，因为一些FSM片可以形成到相邻传感器元件的电连接，但是其足够用以防止相邻的传感器元件之间的显著串扰。
另一种类似的配置使用FSM片的伪随机图案(图49(4900))，其具有比传感器元件更小的尺寸。这种图案为图案化的FSM的方法引入了一些随机性，可能有助于改善传感器的一致性。还有另一种方法来建立力感测元件的阵列，而不需要将力感测层图案化。该方法使用了非常薄的FSM层。因为该层是非常薄的，与在垂直于该层的方向上的电阻相比，它在该材料的平面内有高电阻。因此，虽然FSM允许传感器元件之间的电流路径，它们之间的电阻是如此之高，使得电流的影响可以忽略。因为FSM未被图案化，它并不需要与其他传感器层对准。
对传感器元件进行绝缘的另一种方法是用力感测材料来涂覆行和/或列电极。图42(4200)描述了当被应用于直通模式传感器上时的外观。注意的是，这个设计在行和列电极之间不需要层。力感测材料的涂层可被分段，被图案化，或者用伪随机图案来图案化。可替代地，可以将一个非常薄的力感测材料层(其具有可忽略不计的面内电阻)沉积在导体的整个图案上。对于分流模式传感器，一种类似的方法将是用FSM涂覆PCB的上部层上的电极。在这种情况下，顶层可采用上述FSM图案之一，或它可以只使用图案化的导电层，因为力的敏感性会由底部层提供。
最后，有可能建立一个传感器，其中电极本身具有力感测特性。例如，由碳纳米管形成图案的电极可能导电性非常好，但可能具有粗糙的表面结构，这导致了模拟压力响应。
行和列的互换性
从电的角度来看，无论是行或列电极都可以用作驱动侧，另一侧用作感测侧。类似地，从传感器结构的角度来看，行和列电极可以交换。因此，在直通模式配置中，行可以位于顶层上，列可以位于底层上，类似地，在分流模式配置中，列可以被路由穿过背面，行可以被图案化到电路板的前面上。虽然这些选择可能对传感器的性能有一定的影响，它们通常将基于这些因素：如便于传感器的布局，机械方面的考虑，以及与外部部件的电相互作用。例如，将驱动侧更接近电噪声源(例如显示器)放置并将感测侧更远离电噪声源(例如显示器)放置可能是有利的。
非矩形传感器阵列(5800)-(6000)
采用IFSA技术，可以建立例如图58(5800)–图60(6000)中描述的非矩形传感器阵列。图58(5800)–图60(6000)中的阵列是圆形的，在中心具有圆形开口。为了建立这样的非矩形阵列，本发明从如前所述的普通矩形阵列开始，并移除了落在所期望的最终形状之外的传感器元件。同时，所有的行和列电极必须保持电连接；然而，在传感器元件已被移除的区域中，本发明可以将行和列电极向下移动，以填充该形状的轮廓，因为那里没有传感器元件。非矩形直通模式传感器可以以相同的方式制成。所得到的非正方形传感器以与原始正方形传感器相同的方式被电扫描，并且它也将与正方形传感器起相同的作用，所以从电子设备和软件的角度看没有差别。唯一的区别在于，这个新的传感器只是不会对从其中除去传感器元件的区域中的触摸敏感。
内插电阻器
出于降低制造成本的目的，相邻的行和列电极之间的一组固定内插电阻将通常地与感测区域位于同一基板上。然而，一些实施例可以具有位于单独的位置上的内插电阻。
可以通过任何数目的建立电阻器的已知方式来提供电阻，包括电阻器部件，印刷碳条，或另一种类型的电阻材料。所有的电阻器的值优选被很好地控制，并在已知的目标范围内。这对于分立表面安装电阻器来说，是特别容易做到的，其具有各种各样的尺寸，并且可以获得1％或更好的精度水平。行和列内插电阻器的电阻水平可以是相同或不同的，并且根据驱动和读出电路的要求进行选择。通常情况下，更高值内插电阻器降低了功耗，但造成精度损失(因为前面提到的非线性)，反之亦然。
当使用碳条时，它可以简单地横跨相邻电极被印刷。只要电极之间的间距是相当恒定并且条的宽度和高度是一致的，电极之间的所得电阻值将也是一致的。电阻水平可以通过改变电阻式油墨的成分或改变印刷条的宽度/高度来控制。可通过在制造步骤之后使用诸如激光微调等方法对电阻进行微调来进一步提高一致性。
在示图中，内插电阻器被放置在感测区域和驱动/感测电子器件之间的区域中。在实践中，内插电阻可以被放置在任何地方，只要它们电互连相邻的行电极和相邻的列电极即可。例如，可以将它们放置在传感器的相对侧，远离驱动/感测电子设备。它们也可以被放置在PCB的背面侧(使用过孔进行连接)，被散布在感测元件之间的感测区域内，甚至被嵌入PCB本身内。最后，它们可以位于单个传感器上的不同地点的组合中。例如，行电极的一些内插电阻器可以在感测区域的左侧，而另一些可以在右侧。
制造工艺(6100)
传感器的导电层可以用各种各样的制造工艺来制造。所有材料，包括FSM，被选择以承受对于给定应用的所预期的环境和机械条件，例如反复弯曲，热和湿度。
可以说，最直接的是使用标准的刚性和/或柔性PCB制造工艺来在基板上形成电极。该工艺通常开始于被涂有连续的铜层的FR4(用于刚性)或(用于柔性)基材。然后将铜蚀刻，来生成铜导体的图案。通常这些都需要镀有惰性材料，例如金，以避免氧化。
可替代的电镀工艺如ENIG(化学镀镍浸金)或丝网印刷碳层可以用来降低电镀的成本。在这样的电路中，标准的表面安装(SMT)工艺可用于连接内插电阻。对于分流模式传感器，可以使用标准工艺形成过孔，其中涉及钻孔，然后镀覆，以形成两个层之间的连接。可以进行过孔填充来填充所得的孔，并留下平滑的表面。
另一种方法是使用印刷电子器件(PE)工艺，其中导电颗粒以添加剂的方式沉积在例如PET或聚酰亚胺的基板上。在这些应用中常用的一些导电材料包括碳纳米管，银纳米线，和填充有导电颗粒的聚合物油墨。用于印刷电子设备的一种常用的材料由载有银颗粒的聚合物油墨组成，其通常使用丝网印刷工艺来沉积。因为如这样的材料会由于机械应力，氧化，或与其它气体/化合物反应而降级，因此可通过涂覆碳或力感测材料来将它们钝化。此外，因为很难焊接到这样的电路上，印刷碳条可以用于形成内插电阻。对于采用印刷电子设备(PE)工艺构建的直通模式传感器，可以采用一种非常类似于刚性/柔性PCB传感器的结构。对于分流模式传感器，可以以类似于如何在PCB上建立过孔的方式(通过用钻头或激光穿过基板钻孔，然后套印导电材料)来形成过孔。一种可替代的方法是印刷底部导体层，接着印刷绝缘体层，将孔设置在原本在刚性/柔性PCB传感器上的过孔所在的等效位置处。接下来，印刷顶部导电层。绝缘体层上的孔允许顶部导电层中的焊盘与底层上的导电迹线电桥接。这产生相同的电结构，但两个导体层最终都在由薄绝缘体层(所述孔设置在过孔的位置上)隔开的基板的顶面结束。
然而，用于制造分流模式传感器的另一种方法是，首先印刷传感器图案的顶面，其可以类似于之前描述的用于制造分流模式传感器的任何图案。如前所述，所述列被连接在图案本身内。但是，所述行通过小的桥来连接。可以通过在每个区域上沉积小面积的绝缘材料的方式来产生桥，其中在每个小区域中，列电极位于行电极的两个部分之间。接着，在绝缘体上沉积一个小的导电“桥”，连接一个行电极的两个相邻部分。该顺序(6101,6102,6103)在图61(6100)中概括示出。
用于形成电极的其他方法可包括金属或导电材料(如碳纳米管)的气相沉积。图案化可以通过多种方法来完成，包括通过模版沉积，胶印机，激光蚀刻，或转移工艺。也可使用用于制造布的技术来构建IFSA传感器。涂覆有FSM的导电线可用于构建行和列电极。行电极将在一个方向上延伸，而列电极将在另一个方向上延伸，形成织物的经纱和纬纱。由于涂覆有FSM的两个或更多个线以直角互相接触，则力感测元件将在每个行和列电极的交叉点处形成。在布的边缘，电阻元件互连行和列电极，并且使用以规则间隔附着到力感测阵列的边缘的导电材料来构建到电子设备的连接。在此设计中，电阻式元件通常由印刷电阻胶/涂料，或由电阻线制成，所述电阻线在行线和列线上紧密地缠绕或打结以形成电连接。
传感器阵列的透明度
为了构建完全透明的传感器，力感测材料、导体和传感器阵列的各个基板层可使用透明材料。
上面已经描述了透明力感测材料。透明导体可以包括的材料诸如氧化铟锡(ITO)，碳纳米管，石墨烯，银纳米线，细网铜，和有机导体。基板可以包括玻璃，柔性玻璃，以及诸如PET，聚酰亚胺，或聚碳酸酯等聚合物。
分流模式和直通模式配置都可以被构建为与它们的非透明对应物相同，所不同的是所有包含的材料是透明材料。可以直接以可用的制造工艺来生产的一种值得注意的配置是分流模式菱形传感器图案，其具有沿着多个行连接多个菱形的多个桥。参见图61(6100))。为了构建IFSA传感器，这种图案将在顶部覆盖有透明的力感测材料。
另一种选择是构建部分透明的传感器。这可以通过多得多的标准材料和技术来完成。例如，采用分流模式传感器，光可以通过过孔透过，并且可以在力感测层中提供开口让光通过。直通模式传感器可以用透明基板上的不透明电极来制造，在力感测材料中具有允许光传输的间隙。光将能够通过电极和力感测材料中的间隙透过。
组装
IFSA传感器的最终组装包括将多个层层压或固定在一起。通常，压敏粘合剂将被施加在多个层的单个或多个周边。有源区通常不被施加粘合剂，因为有源区内需要有空气或一些其它的非导电流体(如矿物油)，以用于力感测材料的工作。然而，可以在传感器的有源区内提供多个小粘合区域，以阻止顶层从底部剥离。通常设置有气隙/空气通道，以允许传感器的内部和外部的空气压力相等。过滤器可被添加到气隙/空气通道，以防止颗粒或湿气进入有源区。传感器可以被气密密封，以用于在恶劣的环境中工作。顶部和/或底部层可以被层压到其它层，例如显示器，中间框架，或其他传感器。传感器组装应在清洁的环境中进行，如洁净室，以避免颗粒或其它污染物进入传感器，这可能会导致性能不一致。
弯曲或柔性传感器
IFSA技术可用于以多种不同的方式构建弯曲的或柔性的传感器。柔性传感器可以通过使用柔性基板，如聚酰亚胺(也被称为)，PET，或用于电路的聚碳酸酯，以及使用用于FSM的柔性材料来构建。
为了建立永久弯曲的传感器，柔性传感器可被层压到弯曲刚性表面上，或者也可以起始于一个平面传感器，并将其模制成非平坦表面/模制到非平坦表面上。也可能利用公知的技术如激光直接成型(LDS)，或者通过使用导电性和绝缘材料三维打印，直接在弯曲表面上制造传感器电极。在分流模式传感器的情况下，力感测层可被预先模制为弯曲的形状，并且可以由可变形的材料如模制的硅胶制造。在这种情况下，力感测材料可被直接沉积到力感测层上或模制为力感测层。可替代地，整个力感测层可以由柔性/可变形FSM制成。
有许多应用，其中希望使传感器保持柔性。例如，人们可能希望将传感器放进柔性手机/平板，手表或手镯的手腕带，放进鞋的鞋底，或放进服装中。在这些情况下，在柔性基板上构建的传感器可以被直接嵌入到应用中。它们也可以以类似于如何制造布的方式来制造，如前面所描述。
这些传感器也可被设计为使得它们可以弯曲/切割(而不损坏迹线)，以使它们能够卷绕或折叠成复杂的形状。例如，通过在传感器件图案中制造两个切口并将边缘接合在一起(图62(6200))，可以在IFSA传感器中覆盖一个机器人指尖。然后该形状可以被层压或附着到机器人指尖的表面上。外侧可以用橡胶壳涂覆，以使力分布，并提供更柔软的触摸。在分流模式传感器的情况下，橡胶外壳的内侧可以涂敷有FSM，使得它可以直接用作力感测元件的一个部分，或整个橡胶外壳可以被浸渍有导电性颗粒，使它的表现类似于FSM。
电子设备细节
用于扫描IFSA的电子设备包括几个部件。这些部件是为了说明本发明的一个实施例。读者应当清楚的是，在保持本公开的精神的条件下，可以使用部件的可替代性变化和组合。此外，一些部件可以被集成在一起(例如，通过集成电路或ASIC)，可以以软件的方式实现，或被整个去除，而实质上不限制扫描所述传感器的能力。
电压源
电压源的目的，是为驱动IFSA传感器提供一个恒定电压。有源电子设备，例如放大器或线性/切换电压调节器可用于提供恒定电压。电压源可以是来自用于驱动电路的数字部分的电压源的一个单独的源，或者可以是同一个源。此外，还可以有一些内置到电压源的限流能力，以避免由传感器消耗过多的电流。限流能力可以简单地用固定电阻器来实现，可以是设计到电压源的电路中的软限制，或当达到一定的电流水平时，可以被实现为硬截止。限流能力也可以使用数字电路来实现。当微控制器检测到过电流情况时，它可以决定关闭扫描，或修改扫描硬件的状态，以降低功耗。
可以提供模拟线路，其可以被用来监测由电压源产生的电压。这可用于检测和/或补偿由于消耗电流过大而导致的电压降。补偿可以通过模拟电路来完成。要做到这一点的方法之一是将该电压馈送到用于扫描传感器的ADC的参考电压。可替代地，该补偿可以通过以下方式数字化地实现：使用ADC测量由所述电压源产生的电压，然后将从传感器读出的值乘以所预期的驱动电压，除以所测量的电压。
驱动电路
驱动电路的工作是驱动每个有源列电极或者接地或者达到由电压源提供的电压水平。它采用连接到每个有源列电极的一组模拟/数字开关来实现这一点。列开关也可以具有断开一个或多个列(使它们进入高阻抗状态)的能力。这可用于多分辨率扫描。驱动电路中的列开关的控制是由控制逻辑来执行，虽然控制序列的一些方面可以被自动化/预编程。典型地，在运行期间，一次只有一个列被驱动到由电压源所提供的电压，同时所有其他列被驱动到接地或被断开(处于高阻抗状态)。在一个实施例中，驱动电路使用模拟开关来连接正被驱动升高至电压源的列。在另一个实施例中，驱动电路可以使用数字开关来执行相同的功能。在另一个实施例中，驱动电路可以包括集成电压源。集成电压源可以在所有列电极中共用，或者可以存在多个电压源(多至每列有一个电压源)。
感测电路
感测电路与驱动电路类似，但不是将行驱动至特定电压，而是或者将待测的行连接至外部电路，或者将行接地。与列开关类似，行开关也可以具有断开一个或多个行(使它们进入高阻抗状态)的能力，这可用于多分辨率扫描。感测电路中的行开关的控制是由控制逻辑来执行，虽然控制序列的一些方面可以被自动化/预编程。在工作期间，一般一次只有一个行被连接到外部电路。但是，为了允许较快的扫描，一些实施例可能具有信号调节电路和或ADC的多个副本。在这种情况下，感测电路能允许多个行同时被连接至外部电路。所有其他行将通常或者被接地，或者被断开(处于高阻抗状态)。
感测电路可以具有附加的特征，以支持来自触摸的低功率唤醒(如在下一节所描述的)。另外，由于驱动电路和感测电路具有相似的功能，可以使用共同的设计来实现。换句话说，同一个芯片、ASIC，或电路可以被用作驱动电路及感测电路。驱动和/或感测电路也可以被设计为模块，其能支持一些固定数量的有源行/列电极。在给定实施例中，可以仅通过增加这些模块的数量，就能够支持更多数量的行/列电极。
信号调节电路
信号调节电路从感测电路获取原始信号，并对其进行调节用于通过ADC读取。为了增加由传感器产生的信号的线性度，希望将被读取的行驱动到地电位。因此，大多数线性信号调节电路将包括跨阻抗放大器，其会将输入驱动到地电位，同时测量这样做所必需的电流的量，并将该值馈送到外部ADC。测量该电流的较低精度但简单的方法是，简单地使用接地的低电阻值的下拉电阻器，并测量电阻器两端的电压。在电压太低而不能由ADC读取的情况下，该电压可以被放大，以使输出范围与ADC的范围相匹配，并降低噪声。由于传感器本身已经具有到地的电阻路径(通过内插电阻)，即使是对地电阻可以省略，但所得到的输出信号将是线性度甚至更低。
信号调节电路还可以包括滤波，以减少高频噪声。这可以采用无源滤波器(如RC低通滤波器)，有源滤波器(例如运算放大器低通滤波器)，或仅仅是接地电容(由于传感器本身可以提供RC滤波器中的R部)的形式。
放大器也可以用于从传感器获取相对的高阻抗信号，并把它转变成用于ADC的低阻抗信号，或将来自传感器的低电压进行升压。可编程增益放大器可用来动态地调节感测电路的灵敏度，并且如果电压对于ADC太高，可采用电阻分压器来降低电压。
所有的这些不同的方法都是在将信号馈送到ADC之前对其进行预调节的公知方式。这些元件的具体选择和布置取决于所需要的传感器的精度，和精度、复杂性、功率消耗、电路尺寸和价格之间的权衡。信号调节部件可以被省略，但是这可能会导致降低传感器的性能。注意，信号调节电路可以是一个独立的电路，或者可以被并入到感测电路、并入到ADC，或者它的某些部分可以被分散到不同的部件之间。
ADC
ADC(模拟到数字转换器)获取由信号调节电路产生的电压水平，并将其转换成适于由微处理器处理的数字表示。通常情况下，使用分辨率至少为8位的逐次逼近寄存器(SAR)ADC。更大的ADC分辨率能得到更准确的位置和力的测量值。ADC的转换速度也很重要，因为它通常是传感器能够快速扫描多快的限制因素。如之前所述，多个ADC(与多个调节电路一起)可以被并行使用，以提高扫描速度。影响传感器扫描速率的另一个因素是传感器、驱动/感测电路和调节电路的稳定时间。在切换用于向ADC提供模拟输入电压的驱动或感测电路的状态后，必须给出足够的时间以进行稳定。并且，ADC本身可能带有来自之前测量的电压的剩余电荷。必须给出足够的采集时间，用于ADC对输入电压进行采样，特别是如果对ADC的输入阻抗为高的情况下。可替代地，ADC采样电容器在每一个采样之后被复位到一致的状态，以避免来自先前样本的任何残留电荷。
数字滤波技术可用于改善由ADC读取的信号的信号-噪声比(SNR)。例如，多个ADC读数可以与诸如取平均的技术相结合，或采用例如中值滤波器的方式进行过滤，以减少噪声。可采用转换到频域内的方式来检测所希望的频率或抑制不需要的频率。
另外，使用查找表或数学计算可以将从ADC输出的数字电压重新映射到不同的值，以将信号转换成更有用的范围，或补偿电气系统中的非线性。
控制器
控制器是执行扫描序列的部件，其采集来自ADC的数字值，可选地处理这些值，并且可选地通过IO接口(诸如I2C，SPI，UART，USB，蓝牙，Wi-Fi，等等)将信息发送到外部系统。扫描电路的一些部分，包括电压源，驱动电路，扫描电路，信号调节，和/或ADC，可被并入所述控制器中。控制器可以具有程序存储器，它允许用不同的控制序列/算法来加载代码，以改变系统的行为。此外，控制器可以使用固定功能逻辑来自动化/加速共同操作，例如扫描或处理从传感器读取的数值。
扫描细节
除了先前描述的传感器的基本的全分辨率扫描，还有其它几种方法来扫描IFSA传感器，其允许在扫描速度，分辨率，精确度，功耗和面积之间的多种不同权衡。其中一些方法也可以被用来实现低功率唤醒模式，其中该传感器可以处于一个非常低的功率状态，但仍可以检测触摸的存在，这可以用于唤醒系统或触发过渡到快/高分辨率扫描状态。本节介绍一些不同的方法，其中IFSA传感器可以被扫描，并提到了一些与这些方法相关的权衡。
基本扫描
扫描传感器的最常见的方式是前面所描述的方法。它包括一次驱动一列，并针对被驱动为高电平的每一列，一次感测每列的一个值。这渐进地扫描每个有源行电极和每个有源列电极的交叉点。当在一个特定的行/列交叉点处扫描传感器元件时，所有其它有源列和行电极被接地，形成围绕该列和行电极的内插区域，其是相邻的有源列和相邻行之间的距离的两倍(图34(3400))。基本扫描所需要的时间正比于有源行电极的数量乘以活性列电极的数量。
并行扫描
并行扫描是基本扫描的变体，它提高了扫描速度，但不牺牲分辨率。通过同时对多个行进行ADC转换来使扫描速度得到改善。要做到这一点，需要有以多行并行操作的信号调节和ADC电路的多个实例。
为了保持内插属性，每对感测电极之间必须有至少一个接地的有源电极。然而，在一些实施例中，其中感测电子设备将感测电极接地(如前面所述，这可以通过用跨阻抗放大器拉低电极来实现，或使用具有低电阻值的下拉电阻器来实现)，当其被扫描时，每个电极被有效接地。这允许，在极限情况下，同时扫描所有的行。
并行扫描的优点在于，它能够极大地提高扫描速度和降低功耗，这是由于扫描可以在更短的时间内发生，从而允许所述传感器被供电的时间更短。缺点是，需要更多的电子设备来支持这种做法。并行扫描所需要的时间正比于有源行电极的数量乘以有源列电极的数量，除以能被并行感测的行的数量。
扫描速率
传感器被扫描的速率可以被动态地降低以减少功耗，或被提高以减少输入延迟。降低功率消耗的一个策略是以低速率来执行扫描，例如，每秒10帧，直到检测到触摸，然后增加扫描速率至更高的速率，例如在检测到触摸后每秒60帧，并以更高的速率继续扫描，直到所有触摸被去除。
分辨率降低的扫描
可用于降低功耗或提高扫描速度的另一种策略是通过使一些有源电极进入高阻抗状态，有效地将它们从驱动和感测电路断开，从而动态地降低有源行和/或有源列电极的分辨率。这并不显著降低触点可以被感测所使用的分辨率，因为断开的电极有效地充当额外的内插电极，但减小了多个触摸可以被区分的距离。
例如，通过使每隔一个有源行和有源列电极进入高阻抗状态，能将沿X轴和Y轴的分辨率减半。通过使较大数量的行和列电极进入高阻抗状态，可以将分辨率进一步减小。例如，为了将X和Y的分辨率减少四分之一，人们会保持每四个有源电极电连接，它们的每一个之间的每组三个有源电极将被置于高阻抗状态。随着分辨率降低，必须被扫描的行/列结点的数量也减少。这降低了功率消耗并提高了扫描速度。在某些情况下，可能希望设置不同的行和列分辨率，或甚至在传感器的不同区域具有不同的行和/或列分辨率。采取这种方法的极限是，其结果是最终具有最低分辨率的扫描，其中除第一列和最后一列之外的所有列和除了第一行和最后一行之外的所有行都被置于高阻抗状态。在扫描期间，本发明将首先驱动第一列，随后驱动最后一列，同时对于每个被供电的列，感测第一行和最后一行。总共，只有四个ADC值将被收集。使用这些值，本发明将能够计算所有触摸的平均X和Y位置和所有触摸的力的总和。
虽然本发明通过执行这种扫描放弃了多点触摸感测能力，本发明获得了令人难以置信的快速扫描的能力，并且功耗非常小，这在其中有非常快的事件需要被检测或其中电源处于节省状态(例如电池供电设备中)的情况下，是很有用的。
多分辨率扫描
由于扫描分辨率可以动态变化，有可能以有趣的方式将多种分辨率的多种扫描相结合。例如，有可能叠加多个低分辨率扫描(通过在X和Y上的不同量进行偏移)，以构建一个更高分辨率的最终的力图。低分辨率扫描也可用于启动唤醒模式，其中，以较低分辨率扫描传感器，直到检测到触摸，然后分辨率可以被提高至精确地确定触摸的位置。另外，也可以执行低分辨率扫描，然后通过在触摸被检测的区域中执行较高分辨率的扫描来对其进行细化。这种方法具有将电源效率和低分辨率扫描的高速度与全分辨率扫描的精度相结合的优点。
窗口区域扫描
当触摸的位置已提前被获知，或仅对传感器的部分区域中的触摸感兴趣时，可能简单地通过仅遍历感兴趣的行和列，来执行小窗口中的扫描，而不扫描整个传感器。可以移动窗口和/或动态调整其尺寸，以跟随触摸，并且甚至可以有多个窗口，它们同时在传感器上的不同的可能重叠的位置处被扫描。
一维和零维扫描
前面所述的所有扫描方法都扫描传感器行/列结点的网格。然而，当仅需要检测是否出现触摸，而不考虑触摸的位置时，或需要仅在一个维度上跟踪触点时，有可能进行更快的扫描。实现这一点的一种方法是对所有列供电，然后一次感测一行。这将仅提供触摸的Y位置，但会减少所需要获取的读数的数量，将该数量减少到传感器中的有源行的数量。这也可以与之前提出的分辨率降低的扫描的想法相结合，以减少需要被感测的有源行的数量，其代价是降低Y方向的分辨率。
做到这一点的一个可替代的方式是将所有行接地，并且一次对一个列通电。在通电的有源列电极上或在其附近的触摸将引起来自电压源的电流的增加。测量这种增加的电流的一种方法是在电压源和驱动电子设备之间放置一个小电阻值的电阻器，并对该电阻器两端的电压进行差分电压测量。
可替代地，在其中因为提供增加的电流而导致电压源的电压下降的情况下，本发明可以测量由电压源输出的电压中的压降。这样做仅提供触摸的X位置，并且会减少所需要获取的读数的数量，将该数量减少到传感器中的有源列的数量。这也可以与之前提出的分辨率降低的扫描的想法相结合，以减少需要被感测的有源列的数量，其代价是降低X方向的分辨率。
此外，有可能使整个传感器充当一个巨大的压敏按钮。做到这一点的一种方法是改造感测电子设备，以允许所有行电连接到单个的模拟输入。通过将所有的列通电，同时感测所有行，整个传感器变成一个大的压敏按钮。可替换地，本发明可以将所有列通电并将所有行接地，并简单地测量列电极中增加的电流，或通电的列的电压中的电压降。做到这一点的另一种方法是电连接到力感测材料(这在其中力感测材料是连续的设计中效果最好)。然后，这形成一个电极，而所有行和列形成第二电极。在这种情况下，本发明可以将所有行和列电极接地，将FSM通电，并且测量通过该连接而流至FSM的电流，或测量至FSM的电连接上的电压下降的量。
这三种方案可以有许多其他变化。例如，对于所有这些方法，本发明可翻转极性(将被接地的通电，将被通电的接地)，并且仍然能获得相同的结果。也可能测量这些电路中的任一电路的任一侧的电流/电压变化，而不测量通电的线路中的电流/电压变化，本发明可以测量接地线中的电流/电压变化，或反之亦然。
在一般情况下，所有这些方法将传感器或者变成线性位置传感器或变成单个压敏按钮，这大大降低了扫描时间，并提高了扫描速度，同时牺牲了获得的二维力图的能力。这些方法，尤其是把整个传感器变成单个压敏按钮的方法，当需要低功率唤醒时，可以是很有用的。例如，在电池供电的装置上，本发明可能希望每当该装置一段时间未被触摸后，进入低功耗状态。在这种状态下，本发明可以对电路进行配置，使得本发明可以读取单个电力线路或少量电力线路的值，以确定是否在传感器上的任何位置处发生了触摸。此外，该信号可以被送入硬件唤醒/比较线路，使得可以发生唤醒，而无需任何软件的干预，允许当传感器一段时间没有被使用时，处理单元能够被完全关闭，并且当触摸发生时，能够立即唤醒。
处理细节
在需要的触摸追踪的应用中，在获取力图之后，控制器通常处理该图像，以检测和跟踪触点，其是传感器上的局部的力区域。可以进行下面的一组步骤来检测和跟踪触点。
归一化
基线减法步骤(将在下文中描述)之前或之后，可能希望将输入值的大小重新调整为已知大小。例如，可能需要从传感器获取原始ADC值，并将它们映射到已知的力，例如若干克。这可以通过查找表或使用数学方程来实现。校准步骤可以在制造时使用，或者在被请求时用于重新校准映射。校准可以是全局的(施加到整个传感器)，或者可以在传感器上的不同位置处进行。在后一种情况下，校准值可以被平滑地内插到整个传感器上，假设在整个传感器表面上的变化是渐进的。
基线减法
基线减法步骤的目的是为了消除非零压力区域，其可由传感器中的缺陷、装置组件中的缺陷，或持续压力点(例如，好像有物体被放在传感器上)引起。基线减法算法一次处理力图中数据的一个像素。对于每个像素，存储基线值，在每一帧中从力图中减去该基线值。通常，基线根据传感器被接通之后从传感器的第一次扫描读出的值来设置。然后，基于当前的基线值和在一个特定的传感器位置处的当前力传感器读数，可以将基线不时更新。通常，基线被更新到介于当前的基线值和当前传感器读数值之间的某个值。如果每帧中的基线值的增加/减少的量是固定的，基线将以恒定的速率随时间而改变。可替代地，每帧增加/减少的速率可以被设置为当前的压力读数和当前的基线值之间的差异的百分比。在这种情况下，如果所述差异较大，基线将改变得较快，并且当差异小时，改变较慢。变化速率可以被设置，以控制力分布中的变化被消除的速率。
在一些应用中，本发明可能希望在每个传感器元件的基线值中的变化速率是不同的，这取决于基线是在增大还是在减小。这是因为常常希望基线增大较慢和减小较快，使得如果用户按住传感器一段时间，基线会慢慢增加，避免中断未来测量的可能性。此外，如果基线降低速度比其增加速度更快，一旦用户释放传感器上的触摸，该基线将能够更快地恢复到正常。
斑点检测
通常，处理压力分布过程中，在基线减法之后的下一个步骤是斑点检测(BlobDetection)。斑点检测使用了这样的算法:逐行或逐列处理力分布,以找到具有非零压力的压力点的连接区域,并分配给它们唯一的标识符。对于每一个斑点，计算例如形心的(X，Y)位置、面积、总的力、压力，以及与椭圆相匹配的形状的统计数据。
峰值分离
峰值分离是可选的步骤，其可以用来进一步细分具有一个以上压力峰值的斑点。峰值分离起始于在每个斑点内寻找峰。然后，针对围绕每个峰的像素，执行广度优先搜索或例如分水岭算法的算法，其中只采用了这些步骤：所述步骤是针对具有较低力值的、并且不是其他斑点的一部分的像素。这有效地分离了围绕每个峰的区域，并且还允许发现相邻的峰。可以计算用于峰的统计数据，其与那些为斑点定义的统计数据相类似。
多种算法可以被用于根据需要适应性地分离或合并峰。例如，常常希望分离由两个并拢的手指形成的峰，使得手指可以被独立跟踪。同时，通常希望合并由用户的手掌中的不同凸点所形成的峰，以允许整个手掌被作为一个对象被跟踪。
取决于该应用和状况，本发明可以选择执行斑点检测，峰值分离，或两种算法一起来检测触摸。在某些情况下，本发明对跟踪触摸不感兴趣，本发明可能两种算法都不执行，而是简单地向用户报告从传感器读取的力阵列的读数。
位置补偿
因为传感器中可能存在一些固有的非线性，一旦本发明具有用于斑点、峰或触点的坐标，可能希望对非线性施加补偿，以提高跟踪精度。该补偿基本上是一系列的(X，Y)位置偏移，其根据传感器上的位置而变化。
这些偏移可以在传感器被设计或制造时，被实验测量或在数学上预先计算，并被存储到传感器的存储器中。该补偿将获取一个输入(X，Y)位置，并将其重新映射到附近的输出(X，Y)位置。为了作出更准确的调整，该补偿也可以将其它的因素(例如触点的力或区域)纳入考虑。它也可以适用于一些触点，但不是其他触点。例如，如果用户用尖笔在传感器上写字，本发明可能希望应用补偿，以达到尽可能高的精度。但是，如果用户正用手掌触摸传感器，本发明可以选择不应用补偿，因为本发明可能不关心手掌位置的精度，这是由于这种类型的触摸相对较大并且不精确。
触点跟踪
为了允许软件随时间变化感测触摸，需要在连续帧之间跟踪触摸。在触点跟踪步骤中，本发明将来自新帧的触点与来自老帧的触点进行反复匹配。通常，触点形心之间的(X，Y)距离是用于执行匹配的关键指标。每次一对触点匹配时，新帧中的触点被赋予旧帧中的触点的ID，生成“触点移动”事件。在新帧(其不是在老帧中)中检测到的任何触点都被视为一个新的接触，并且获得新的ID，生成一个“触点开始”事件。在旧帧中的任何触点(但是没有被发现在新帧中)，产生“触点结束”事件，并且该ID随后被回收。
触摸跟踪算法的结果可被反馈到峰值分离算法。通过这样做，本发明可避免触摸假性出现/消失，在这种情况下，没有触摸发生，因为这是由于噪声、传感器中的变化、和/或触摸的力分布的非平滑性而出现的假峰所造成的。该信息还可以帮助峰值分离算法确定哪个峰应被分离或合并。例如，在峰值分离算法中，如果本发明已经检测到在先前帧中的一个触摸，则本发明可偏置峰值分离算法，以试图在下一帧中找到对应于该触摸的峰，并且如果前一帧中没有处于一个特定位置中的触摸，本发明可以偏置峰检测，不去发现在下一帧中在该位置处的峰，或将其合并到另一个峰。然而，这种反馈步骤必须仔细实施，以避免继续跟踪已经消失的触摸的情况，或避免新的触摸因其先前没有被看到而未被检测到的情况。
与外部部件通信
通常，外部硬件和/或软件部件有兴趣接收力图、触点事件或者这两者。通信接口处理传感器的配置，以及发送力图和/或触点事件。通常，通信从握手开始，其向外部部件给出了关于传感器的信息，例如传感器的尺寸、所感测的力的范围、容量，等等，并建立了传感器的运行参数。外部部件然后建立它们想请求什么的信息。接下来，建立数据流，其以预定的帧率或在预定事件发生时，发送来自传感器的信息流。这样的配置继续，直到外部硬件和/或软件请求终止数据流或请求改变数据流的特征(例如帧率，分辨率，发送什么数据，等等)，或连接中断。
其他实施例
有源内插电子设备
有可能使用有源电子设备(包括二极管，运算放大器，等等)来构建驱动侧的电压的线性衰减和感测侧的电流的线性分离，而不是使用电阻器来沿着行和/或列构建内插特性。有源电子设备的益处是有能力减小或消除之前所描述的非线性内插行为，该非线性内插行为是由于电流流过传感器元件而导致的驱动和感测电极上的电位改变的结果。有源电子器件可在每列/行基础上被实现，或可以构建专用电路，其在一系列的行或列上进行内插。例如，可以设计IC，其将连接到每对相邻的有源电极，并连接到该对有源电极之间的每个内插电阻器，并在该组电极上构建内插特性(无论是电压衰减还是电流分流)。
用于在驱动侧构建内插特性的有源电子设备可以由电阻分压器电路(类似于内插电阻器)和一系列运算放大器(其被配置为电压跟随器)制成，以在它们的输出处产生相同的电压。运算放大器的输出被连接到驱动电极(有源和内插)。电阻分压器电路将以这种方式与传感器阵列的输出电绝缘，由于电流流过传感器元件而消除非线性。
用于构建所述感测侧的内插特性的有源电子设备可以由连接到感测电极(有源和内插)的一系列跨阻抗放大器制成。每个跨阻抗放大器将试图将其所连接的感测电极保持在地电位。在其输出上，它将产生与流过感测电极的电流成正比的电压。可以使用平均电路将连接到感测电极的跨阻放大器的输出电压进行平均，其中不同电极的贡献被给予不同权重，以产生灵敏度的线性衰减。实现感测侧的另一方式是使用跨阻放大器，其在每个感测电极处提供一个跨导放大器。跨阻放大器的输出然后被馈送入一系列内插电阻器，其类似于在普通的IFSA传感器上所找到的内插电阻器。这种组合，其可以被描述为电流镜，将在两个放大器的输出处产生电流，所述电流正比于流过所连接的感测电极的电流，但感测电极将保持在接地电位，从而消除非线性。
部分内插力传感器阵列
而到目前为止，所描述的实施例实现了每对行和列电极之间的内插，然而可能存在这样的应用，其中优选的是将带有内插的传感器区域与其他没有内插的传感器区域混合，或具有沿一个传感器轴而不沿其他轴的内插。
在一个实施例中，有可能仅在行上有内插电阻器或仅在列上有内插电阻器。这将沿一个轴建立内插，但不沿其他轴，用于其中提高的检测精度或降低的驱动/感测电子设备的量的仅需要由在一个轴上的内插来提供的那些应用。
在另一个实施例中，有可能在一些成对的相邻列或一些成对的相邻行之间省去内插电阻器。这将具有使具有内插的区域断开的效果，生成彼此邻近的分离的内插传感器区间。在这种设计中，在内插电阻器中的该“断开”的任一侧上的电极将优选是有源电极，使得每个单独的内插区间可以被一路扫描到其边缘。
非内插力传感器阵列
对于所有所描述的直通模式和分流模式传感器结构，也可能实现非内插扫描。在这种情况下，没有任何内插电阻器。相反，多路复用电路将允许驱动和感测电子设备连接任何一个电极。换句话说，所有电极都是非内插的。该多路复用电子设备也能允许同时连接到多个电极(对于较低分辨率和多分辨率扫描模式)。
使用该方法，有可能更精确地测量触点的位置，以执行对多个触摸的更好区分，并更好地计算触摸面积。对于涉及尖笔和手指的应用，仅通过测量触摸的面积，可能将触摸传感器的尖笔与手指区分开。
并且，多路复用电子设备可以以这样的方式来设计，使得它们可以在内插模式和非内插模式之间切换。在内插模式中，仅电极的一个子集将被连接到驱动/检测电子设备，其余电极将通过内插电阻器被连接，如在常规IFSA中一样。在非内插模式中，所有电极将被连接到驱动/感测电子设备。这将使应用能够利用内插传感器的功率、性能和速度效益，以及非内插传感器的提高的分辨率。
IFSA与其他部件的集成(6300)-(6400)
柔性覆盖层(Overlays)和支撑层(underlays)
IFSA传感器的内插特性允许我们提高传感器相对于驱动电子设备的分辨率。为了跟踪物体，如手指，该物体将通常比传感元件/电极之间的距离大得多，这种方法产生非常精确的跟踪。然而，对于物体，诸如尖笔，该接触区域的尺寸可能比感测电极之间的距离小得多。在这种情况下，当尖笔在IFSA传感器上移动时，可能存在尖笔跟踪变得不连续的区域(传感器元件的中心附近)。
为了改善对这类物体的跟踪性能，本发明可以在传感器上添加一个薄的柔性/可压缩层。该层将允许物体略微压进该层中，从而增加触点的表面面积，并由此产生更连续的跟踪响应。为了进一步阐明这一点，假设本发明试图使用带有1.25毫米直径尖端的尖笔，并且本发明使用的传感器在附近的传感器元件之间有1mm的间距。如果触点是传感器与尖笔直接形成，将只形成一个点接触，并且传感器将能够只告知哪个传感器元件正在被触摸，而不告知尖笔在传感器元件之间的什么位置。现在，如果本发明在传感器的顶部添加厚度为0.625毫米的柔性材料，并用尖笔触摸它，则尖笔将能够略微压进柔性材料中。当它压入材料中时，触点的表面面积将增加至直径约为1.25毫米。现在，随着尖笔在整个表面上移动，它将总是激活多个传感器元件。因此，本发明将能够以比传感器元件之间的1mm片明显更高的分辨率对其进行跟踪。
这种方法的唯一的缺点是可能很难在柔性层上面写字，这是由于增加了摩擦。为了解决这个问题，本发明可以把另一薄的带纹理的层放在该柔性层的顶部，以提高表面触感。在另一个实施例中，本发明也可以在所述传感器下方添加柔性层，达到增加尖笔的接触面积的相同效果。
与显示器集成
IFSA传感器可以与显示器集成在一起，以构建触摸显示器。透明版传感器可被覆盖在显示的顶部。不透明版传感器可被置于显示器下面。可能的显示器类型包括OLED，电泳显示器(例如电子纸(e-paper)显示器)，液晶显示器LCD，和反射式LCD。在所有这些组合中，必须小心，以避免凸点或颗粒被截留在层间，因为这些颗粒能产生降低传感器精度的不同压力。
目前，大多数显示器被构建在刚性基板(例如玻璃)的顶部。但是，刚性显示器可能不能足够好地传输力来允许精确触摸。因此，优选使用柔性显示器。有利地，这些显示技术也能在柔性基板上制造，例如柔性聚合物膜或柔性玻璃，从而构建柔性显示器。当被覆盖在IFSA显示器上时，这些柔性显示器对IFSA传感器性能的影响为最低。
也可能将IFSA感测技术结合进显示器本身的层内。例如，有可能将IFSA的电极与显示器(例如LCD显示器)的电极并置，并且将FSM与显示器的一些其它层(例如颜色滤光器/偏光器)并置。作为另一个例子，有可能在LCD的TFT面板和背光照明光源之间放置透明的IFSA传感器。
在希望具有直接位于分流模式IFSA传感器顶部上的显示器的情况下，有可能使用该显示器充当顶层。为此，显示器的底侧可以被直接涂覆任何已经提到的FSM材料，例如印刷碳油墨。可替代地，FSM材料(如碳浸渍膜)可以被层压，粘接，或熔合到显示器的背面侧。也有可能构建已经有浸渍到底层的FSM的显示器基板，使得不需要对显示器的底部进行额外的印刷/层压步骤。在所有这些例子中，显示器将作为IFSA的顶层，必须将其简单地放置在带有分流模式电极图案的层的顶部，以构建显示器+IFSA传感器的组合。可替代地，显示器基板的底部可以作为直通模式传感器的顶层或分流模式传感器的底层(包含电极)。所有这些选项的优点是有可能增加产量，降低成本，并降低总厚度。
在显示器堆叠中的各个层也可以被设计成柔性，以提高如前小节中所述的尖笔跟踪的分辨率。例如，在显示器具有前光或背光的情况下，有可能选择柔性并且透明的光传输材料，例如硅树脂。在这种情况下，前光/背光将有助于在传感器上构建更好的力分布，从而提高跟踪精度。此外，这种方法可能通过软化意外的冲击，有助于提高显示器和传感器的可靠性。
与其他感测技术结合
IFSA传感器可以与许多其他类型的感测技术结合，这些技术包括电容技术，电磁共振(EMR)，光学技术，声学技术，等等。一些可能的传感器和显示器的组合在图63(6300)-图64(6400)中示出。下文中详细描述的是IFSA可以与这些感测技术相结合的一些方式。
电容式触摸
电容式触摸传感器可以被覆盖在IFSA传感器的顶部。IFSA传感器的行和/或列可以甚至有双重用途，用作电容传感器上的行/列线。这一配置能用于提高系统对非常轻的触摸的灵敏度。电容传感器也能用于检测手指在IFSA传感器上方"悬停"/"接近"(也能用于检测手掌、手、面部、或其他身体部位/导电物体对传感器的接近度)。这一配置的另一个益处是有可能将使导电物体(例如手指)与非导电物体(例如塑料尖笔)区分开。
这是因为导电物体将同时具有力信号(force signature)(通过IFSA传感器)和电容信号(通过电容传感器)，而非导电物体将只有力信号，并且对电容传感器是不可见的。并且，有可能使用电容传感器和IFSA的组合信号，以提高整体感测准确度和/或性能。
因为IFSA传感器能处理精确触摸-跟踪，从而可以降低电容传感器的的复杂性和成本，并且电容传感器可以被微调为悬停/接近检测，而不是触摸检测，以实现悬停(经由电容式触摸传感器)和触摸以及力感测(经由IFSA力传感器)。
因为在其被IFSA传感器感测之前，电容传感器可以感测触摸，因此电容传感器也可以用作唤醒源。这将允许系统通过在每当电容传感器被启用时关闭IFSA传感器来节省电力。相反地，IFSA传感器可以用于校准电容传感器。每当一个“触点开始”或“触点结束”事件被登记在IFSA上，电容传感器可以使用这些事件来校准其触摸灵敏度。以这种方式，电容传感器测量悬停距离/接近的能力可以在运行时被动态改善。
互电容型和自电容型电容传感器都可以使用。互电容传感器包括一组行和列电极,在每列和行的交叉点处形成电容器。这些电容器中的每一个都可以被电容感测电子设备测量，以建立一个电容值网格。手指的存在产生了对地的电容耦合，这引起行和列电极之间的测量电容降低。自电容传感器包括一个或多个电容“垫”。每一个都有至感测电子设备的连接。在自电容传感器中，测量每个垫到地的电容。该电容随着手指接近而增加。互电容传感器通常更准确，但在较短的范围内工作，并且对电子噪声更敏感。自电容传感器通常不太准确(因为难以建立一个高分辨率网格)，但其可以在较大的范围内工作，并且通常对电子噪声不敏感。这两者都可以与IFSA一起使用。
因为电容式触摸传感器可以在与IFSA传感器类似的基板上制备，有可能将电容式触摸传感器的所有层或部分层图案化到IFSA传感器的未使用面上。例如，在直通模式IFSA传感器中，有可能将一组电容式触摸感测电极图案化在顶部基板的顶侧上，并在顶部基板的底侧上将电极作为IFSA和电容触摸驱动电极使用。在分流模式IFSA传感器中，有可能将一组电容式触摸电极或区域图案化到力感测层的顶部上。
在一种配置中，IFSA传感器本身的FSM可以用作电容式触摸传感器。在这种配置中，将制造一个或多个到FSM的连接，并且传感器可以在电容感测模式和力感测模式之间交替地切换。这将有效地将FSM变成自电容传感器，其将有利于检测悬停/接近。在电容感测模式下，IFSA电极可以被接地/浮动，从而允许对FSM的电容进行测量，而没有来自IFSA行/列电极的影响。在力感测模式中，FSM可以被断开(或者置于高阻抗状态)，并且IFSA可以被如常扫描。
在另一配置中，IFSA的电极可被用于构建互电容传感器。在这种情况下，同一个传感器可以被用于电容感测和电阻感测两者。这一方法将经由电容扫描模式实现轻触摸和悬停/接近感测，并且经由电阻IFSA扫描模式实现更准确的更高压力的力感测。这一配置的主要问题是，FSM能阻断某些电场。为避免这种情况，FSM可以被设计成对传感器的一部分电容场是可穿透的。可替代地，在分流模式IFSA中，整个传感器可被上下翻转，使得带有电极的一侧成为更靠近用户的侧，从而完全避免了这个问题。
用于电容感测和电阻感测两者的电极在使用方面的另一个困难是内插电阻器能干扰电容测量。为了避免这个问题，在本发明可以将内插电阻器替换为电感部件(如铁氧体芯片电感器)。在低频率下(力感测扫描)，它们将用作电阻器。在高频率下(电容扫描)，这些将提高它们的阻抗，并阻断电容信号通过。做到这一点的另一种方式是使用小型IC来代替相邻有源线之间的电阻网络。这些IC可以在电阻模式(其中内插线通过电阻器被彼此挂接)和电容模式(其中内插线被彼此断开或其中每个有源线连接到几个相邻的内插线)之间切换。在所有这些情况下，本发明将保持电阻扫描的高分辨率和内插。在电容扫描模式中，扫描分辨率将减小回到有源线分辨率。这种方法的另一个问题是FSM的存在会干扰电容扫描。幸运的是，当用户不触摸或仅轻轻触摸时，FSM的电阻为高。因此，电容扫描模式将受到最低限度的影响。并且，本发明可在传感器的不同区域中，在电阻扫描模式和电容扫描模式之间进行切换。在没有检测到触摸的区域中，扫描可以切换到电容模式，在检测到触摸的区域中，扫描模式可以切换到电阻模式。
在希望将电容触摸，IFSA和显示器相结合的情况下，显示器也可被放置在透明电容式触摸传感器和非透明IFSA传感器之间，从而构建触摸式显示器，其具有电容式触摸的悬停和轻触摸能力和IFSA的精度和力敏感度。
有可能使用透明IFSA的其它配置，其中电容传感器和IFSA传感器(或将两种元件组合的传感器)都被放置在显示器的顶部。
磁/电磁感测
因为IFSA传感器对磁场是透明的，有可能在IFSA传感器下面放置电磁传感器，例如电磁谐振(EMR)传感器(通常用于尖笔跟踪)，并通过它进行感测。也有可能在传感器下面放置RFID/NFC读取器/写入器线圈，这是由于RFID/NFC通过向RFID/NFC标记/收发器发送电磁脉冲，以相类似的方式工作。因为磁场可以用来发射功率，也有可能使用IFSA传感器下方的线圈将功率发送到附近装置。事实上，所有这些技术(EMR，RFID，NFC，和无线功率)可以被组合，因为它们都使用一个或多个导电线圈来产生磁场。在本节的其余部分中，本发明将谈到能实现使EMR/RFID/NFC感测就如同EMR感测的技术。
通过将EMR感测与IFSA结合，有可能不仅检测在传感器的顶部的物体的位置和力，也有可能唯一地识别具有EMR/RFID/NFC标记/收发器的物体。也有可能在物体和传感器之间传输功率或数据。这些物体可以包括类似于鼠标，键盘，按钮，滑块，旋钮，测针，甚至手机和平板的东西。通过将多个EMR/RFID/NFC收发器放入这些物体中，有可能不仅能够感测位置，而且还能感测物体的方位(例如，对于尖笔，如果收发器被放入尖端侧和擦除器侧两者中，就有可能告知用户是否正在写入或擦除)。
也有可能将来自IFSA传感器的信息和来自EMR传感器的信息相结合，以提取额外信息。在尖笔的情况下，例如，通过比较尖笔触摸的位置和EMR发射机的位置，有可能确定尖笔的倾斜角度。也有可能将EMR传感器和IFSA传感器的信号相组合，以提高整体的精确度和/或性能。这是有可能的，因为EMR传感器可能具有更好的“相对”跟踪性能(换句话说，它可能能够更好地测量位置的小变化)，而IFSA传感器可能具有更好的“绝对”跟踪性能(换句话说，它可能对物体的位置有更准确的估计，但可能不能准确地测量非常小的移动)。这是由于EMR传感器会被铁磁体和外磁场的存在影响，IFSA传感器通常不会被铁磁体和外磁场的存在影响。
因为EMR传感器通常被制造在PCB层上，因此有可能将用于IFSA传感器的底部PCB与用于EMR传感器的PCB相结合，从而构建具有两者功能的3-4层的PCB。将IFSA传感器与EMR传感器相组合的另一种方法是将IFSA传感器的一个未使用面上的EMR传感器(含有行或列磁性线圈)的一个部分图案化，并且将IFSA传感器的另一个未使用面上的EMR传感器的另一部分图案化。这在直通模式IFSA传感器上能最方便地完成，其中顶部和底部基板都有一个未使用面。
将IFSA和EMR组合的传感器也可以被放置在显示器的下面，以构建一个触摸屏，该触摸屏具有由EMR传感器允许的附加功能，因为EMR信号和IFSA信号都没有被显示器阻挡。可替代地，有可能在显示器的顶部放置透明IFSA传感器，同时在显示器下方放置EMR传感器。
光学感测
已表明光学感测技术能光学地跟踪手指或物体。其中一些技术通过在整个表面投射光束，并当一个或多个光束被中断时进行检测的方式进行工作。其他技术使用发射器和接收器的阵列，并检测用户反弹的光。这种类型的传感器甚至可以被集成到显示器诸如OLED或LCD显示器中。其他技术使用照相机来查看用户的手的位置。也显示了各种巧妙的设计，它们可以将这些类型的传感器的光路压缩到薄膜中，甚至显示背光。
通过在光学传感器的下面放置IFSA或通过在光学传感器的顶部放置透明IFSA，可以将IFSA感测技术与多种这些光学感测技术相结合。一些所述的光学感测技术擅长感测悬停和接近，但是当触摸实际上接触到表面时不能准确地检测，或是不能准确地检测触摸力。在室外环境中，更是如此，其中明亮的太阳光会干扰光学传感器的操作。IFSA传感器和光学传感器的输出可以被组合，以建立更稳健的组合，并可以跟踪在触摸表面上方的物体，准确地检测与表面的接触，并测量施加到该表面的力。
电容传感器、电磁传感器和光学传感器的组合
所有四项技术(IFSA，EMR，电容技术和光学触摸)可以被组合在一起，以便在单个传感器中得到这些技术的所有特征(力感测，悬停和轻触摸，跟踪/EMR/NFC/RFID收发器的供电)。如先前所述，这些传感器可以共用堆叠中的各个层，以降低成本和厚度。这些也可以与显示器组合，以构建新的用户界面，硬件设备，以及独特的用户体验。
特征和优点
除了具有高精确度，可扩展至大尺寸，以及每个接触的力灵敏度，本发明具有许多其他所希望的特性。首先，基于本发明的传感器对电噪声不敏感，因而它们不需要显著的电屏蔽，可以在很多环境下稳健地操作。这也减少了滤波的量以及减少了必须对信号进行的后处理，从而减少了模拟电路和滤波算法的复杂性，并降低了功耗。
本发明提供了高动态范围的力的灵敏度，其中每个触点的力从几克到几千克。不同于电容式传感器，本发明的传感器可感测任何物体，例如塑料尖笔，而不仅仅是导电物体，例如人的手指。它也可以感测戴着手套的或皮肤非常粗糙的用户的手指。
本发明很大地简化了设计过程。本发明的传感器的触摸分离分辨率和触摸跟踪分辨率可被单独控制，并可以很容易地被调节到特定应用的要求。一个给定的传感器配置可以在尺寸上增加或减小，而不改变传感器特性，因此一个特定的传感器设计可以应用于范围广泛的产品，降低了设计成本，和上市时间。此外，甚至本发明的传感器可以被改变其形状，而不会改变传感器的性能。例如，矩形传感器的设计可以被很容易地修改，以产生圆形，椭圆形，环形，花生形传感器，以及可以映射到二维表面的任何其它形状。修改后的传感器将与原始矩形传感器设计具有相同的性能(包括触摸跟踪精度和力灵敏度)。
本发明的传感器可以围绕非平坦表面被包裹，并且甚至可以使用各种不同的制造方法被直接制造在装置的外表面上。所述传感器甚至可以被并入纺织品和软质材料中。
本发明的传感器可以用简单的制造工艺制造，其包括标准刚性或标准柔性印刷电路板(PCB)制造方法，所述方法通常涉及脱除工艺或印刷电子设备(PE)方法，所述印刷电子设备方法涉及使用加成工艺的导电油墨的印刷。能够在刚性或柔性PCB上构建传感器的一个主要优点是，所有的感测电子器件(以及其它电子设备)可以使用标准工艺例如SMT(表面安装)被直接附连到与传感器本身相同的同一个PCB基板上。该电子设备可以与传感器被放置在相同的表面上，或者可以被安装在传感器表面的背面。此外，某些部件(例如电阻器)，甚至可以被嵌入到传感器基板中。可替代地，传感器可以被加入到预先存在的电路板设计中，其可能具有除了传感器之外的其他功能。例如，人们可以采用电视机遥控器或游戏控制器PCB(其已经具有带有分立按钮的PCB)，微控制器，发射器，以及其他的电路，并将IFSA传感器区域添加到同一个PCB上，从而产生最小的设计变化。
扫描电子设备不需要任何外来部件，可以用现有的部件构建，或用专用集成电路(ASIC)构建。在许多情况下，扫描电子设备可以用单个微控制器和一些小的和便宜的分立部件(例如电阻器和电容器)来实现。
与其他触摸技术相比，本发明的技术是固有的低功率，并支持多种方式来进一步减小功率。例如，本发明支持多分辨率扫描，其允许用户或者使用传感器的软件降低扫描分辨率，而同时提高速度，并减少实时功耗。该传感器设计还支持具有减少的功能的甚至更低的功率模式，其可以检测单一或多个触摸的存在和/或大致位置，而无需执行传感器的完整扫描。本发明支持非常快的帧率，用于需要快速反馈或响应的应用，如乐器。
最后，本发明是稳健的，并且可被设计成能在消费者，军事，汽车和工业电子产品的严格的环境要求中使用。因为它感测力，而不是电容的变化，它可以在有水或其它流体的存在下进行操作，并且可以被气密密封，从而允许在水下和最恶劣的环境中发挥作用。
示例性应用环境
本发明中所呈现的传感器能用于许多不同的应用。这些应用落入多种类别，其中包括通用的多点触摸输入，从而取代简单的分立控件，如按钮或滑块，并测量压力分布。在第一类中的应用诸如手机，平板电脑，笔记本电脑和显示触摸面板，以及手写板，数位板，签名板，跟踪垫，和游戏控制器。在第二类中的应用在于玩具，乐器(如电子钢琴，鼓，吉他和键盘)，数码相机，手动工具，并取代汽车和其他车辆上的仪表板控制。第三类中的应用在于科学/工业测量(例如测量形状或表面的平坦度)，医疗测量(例如测量人的双脚的压力分布或人的双脚在床上的移动)，以及机器人应用(例如，用传感器来涂覆机器人，使其具有感知触摸和接触的能力)。
此外，存在超出所列出的应用的许多其它应用，并且有许多应用可以以不同方式使用传感器。例如，在一些应用中，传感器可以被用作通用输入端，一组简单的控制(如按钮或滑块)，以及用作区域压力传感器。这些不同的用途可以是同时的，可在时间上分离的，或者可以在空间上分离(传感器的不同区域以不同的方式运行)。更重要的是，传感器的不同用途都可以以软件方式实现，在使用传感器的方式上，给设计者/开发者提供了令人难以置信的灵活度。
在用户界面的应用中，本发明的传感器是极为有用的，因为它们可以对轻触摸和按压进行区分。在直接操作界面中，如智能手机或平板电脑，当用户的手指从一个区域移动到另一个区域，滚动，滑动，或者想要了解屏幕上项目的更多信息时，用户经常使用轻触摸。重触摸可用于拖动，选择，激活和参与控制。此外，不同级别的重触摸可以用来调制交互的强度/幅度。在间接操纵的应用中，如跟踪垫，手写板和数位板中，轻触摸可以用于移动屏幕上的一个光标，和悬停在一个项目上以获得更多的信息，而重触摸可以用于(作为离合器)拖拽，选择，激活或操纵。最后，可以使用压力来测量用户的意图。例如，在我们模拟物理控件(如按钮，滑块和旋钮)的应用中(例如，在模拟键盘，记录混合器，或通用的控制面板时)，这些控件可以忽略轻触摸，以允许用户舒服地将他们的手停留在界面上，而不会意外地激活什么。
由于本发明的传感器的高精度，它们可以被用来捕捉精细运动。这在以下应用中是非常重要的：例如以高精度跟踪尖笔，以实现书写，绘画，素描，油画，书法，和其他涉及尖笔的交互。可以在传感器上面或下面添加软层，以构建更好的表面手感，以及进一步提高跟踪精度。本发明的传感器可以与显示器组合。这可以通过构建透明的传感器，并将其层叠在显示器的顶部来实现，或通过将该技术结合到显示器本身的基板中，或通过在显示器后面层叠传感器以及通过显示器来感觉力来实现。这特别适用于柔性显示器。
本发明的传感器也可以与其他传感技术组合。例如，可以将电容式触摸传感器放置在本发明的传感器的顶部，以实现对位于该表面上方的悬停和对极其轻的触摸的检测。
因为本发明的传感器对磁场是透明的，可以将磁/电磁传感器(诸如EMR传感器)放置在本发明的传感器的下面，以实现对带有有源或无源磁性/电磁标签的尖笔或其他装置的检测/跟踪。也可以将显示器加入这些堆叠的任何层中作为其中的层。这些不同的传感器技术的组合能实现更丰富的交互。
因为本发明的传感器能感受到压力，而压力很容易通过大多数可变形表面转移，因此，本发明的传感器也可以被嵌入到各种可变形表面的下面。例如，它们可被嵌入到柔性/可变形地板下方，柔性机器人皮肤下，或壁上的涂料下。它们可以被嵌入到桌子的表面内，或嵌入到铺在桌子顶部上的垫子上。
本发明的传感器也可以用于将感测添加到未使用的表面上。例如，可以将它们放置在电话，平板电脑或游戏控制器的背面，以通过触摸设备的背面，允许更高程度的交互。
屏幕上的视觉反馈可被用来为用户提供他们正在触摸何处以及触摸有多硬的感测。
传感器也可被放置在数字手表或其它小型装置(其中用户界面装置的空间是非常有限的)的背面，从而增加了可用的触摸区域，而不增加装置的尺寸。
本发明的传感器可以被制造在柔性基板上，从而允许它们被嵌入到柔性装置中。
一些示例性应用包括：构建柔性电话或柔性平板电脑，在数字手表或手镯的腕带中使用传感器，以及把传感器放入鞋或运动鞋的鞋底，或放入服装中，以跟踪用户的运动，检测碰撞或提供一种便携式用户界面。
本发明的传感器也可以被设计为使得它们可以被切割或折叠，以缠绕复杂的表面，例如机器人指尖。或者，它们可以被直接制造在复杂表面上。总之，通过在表面上、表面后或表面内层叠本发明传感器中的一个，几乎任何表面都可以富有触摸灵敏度。
示例性平板界面实施例(6500)-(8000)
平板形状因素概述(6500)-(7600)
虽然本发明可以基于应用环境以各种各样的形式来实施，一个优选的示例性发明实施例是适用于平板形状因素。这一用户界面环境一般在图65(6500)-图76(7600)中示出。在此，平板用户界面(在图65(6500)中为组装图，并在图66(6600)的装配图中描述)包括平板基座(图67(6700))，其支持印刷电路板(PCB)(包括VIA和相关联的控制电子设备)(图68(6800)-图69(6900))，压力膜(图70(7000))，覆盖层(图71(7100))，以及带有背光LOGO标记的覆盖边框(图72(7200))。
如在图65(6500)-图66(6600)中所描述的本发明的该示例性实施例被设计为旨在针对在台式机/笔记本电脑或平板电脑用户界面中的应用。对于台式/笔记本应用，通常通过经由USB端口将其连接到计算机中进行使用。对于平板应用，通常经由USB端口对其充电和/或配置，但经由蓝牙/蓝牙LE发送数据。该装置可被设计成对平板/平板盖磁性锁存，并可以具有可互换的并且可能背光的覆盖层。
装配视图(6600)
如在图66(6600)中概括描述的，本优选示例性实施例中的组件叠层包括基座(图67(6700))，PCB/电池(图68(6800)-图69(6900))，膜(图70(7000))，覆盖层(图71(7100))和边框(图72(7200))。
基座(6700)
如在图67(6700)中概括描述的，本优选示例性实施例中的基座将优选地由刚性材料(例如铝)制成，并带有销(6701，6702，6703，6704)，所述销用来帮助与包括该平板系统的层堆叠对准。
PCB/电池(6800)-(6900)
如在图68(6800)-图69(6900)中概括描述的，PCB(6910)/电池(6920)层包括以下部分：
·区域(6911)，用于微控制器，模拟感测电路，电源/电池管理，射频，USB TX/RX，和其他电子设备；
·微型USB连接器(6912)；
·传感器有源区域(6913)；
·电池(锂聚合物或类似的电源)(6920)；和
·定位孔(x4)(6931,6932,6933,6934)。
力感测膜(7000)
如在图70(7000)中概括描述的，力感测膜层包括以下部分：
·基板(例如PET or)；
·基板的下侧上的力感测材料，例如FSR；和
·对准孔(x4)。
覆盖层(7100)
如在图71(7100)中概括描述的，覆盖层可以是柔韧的，具有光滑的上表面。可以预料，覆盖层可以是可替换的，具有不同的图形，或触觉浮雕图案。在某些配置中，覆盖层也被预期是背光的或侧光的。
边框(7200)
如在图72(7200)中概括描述的，覆盖边框可能包括以下部分：
·图形/标识，其可以是光管，并且可以是具有恒定的或变化的照明图案的背光；
·用于覆盖层的开口；和
·用于USB端口或其他通信接口的开口。
机械性能(7300)-(7600)
如在图73(7300)–图76(7600)的部分视图和详细视图中概括描述的，机械结构可以变化很大，可以预料，一些优选的本发明的实施例可被配置为厚度约为4.25毫米。需要监测VIA的电子设备的降低的复杂性使得电气部件和电池容量所需要的面积减少，因此，可能会得到比竞争技术明显更薄的一些配置。
该装置可通过在基座和边框之间的扣，以及通过基座和PCB之间、PCB和膜之间、和膜和边框之间的薄的粘合剂层，被固定在一起。覆盖层可以被配置为简单地落在基座腔中，或者可以具有一些耦合装置来耦接到基座腔，所述耦合装置可以包括磁铁或扣。
示例性触控板示意图/布局(7700)-(8000)
在图65(6500)-图76(7600)中概括示出的示例性结构应用环境，可以通过使用如在图77(7700)的示意性框图中以及在图78(7800)(顶部铜)、图79(7900)(底部铜)和图80(8000)(经由焊盘)的PCB布局中概括描述的微控制器和PCB来实现。这种布局概括地描述了典型的VIA阵列，其与压敏材料匹配，并被嵌入如图65(6500)-图76(7600)所概括示出的平板电脑的形状因素中。在图77(7700)中描述的示意图利用具有集成主计算机通讯(USB，I2C，SPI，无线( 其它2.4GHz接口，等等)，UART)，ADC输入，通用数字I/O端口(GPIO)的常规微控制器技术与GPIO扩展器和多路复用器相结合，来实现本文中所描述的列驱动器和行感测电路。
电容式内插传感器(8100)-(8800)
概述
本发明的另一实施例还可在如图81(8100)-图88(8800)中描述的电容式传感器环境中使用与FSA相关联的内插概念。在这些图中示出的设计描述了两个示例性配置。
·带有桥的单面菱形图案(如图81(8100)–图82(8200)中概括描述的)；和
·带有直的行和列的双面图案(如图83(8300)–图84(8400)中概括描述的)。
这两种设计都是专门针对透明的电容式传感器。这种类型的传感器通常位于显示器和保护性上层(例如塑料薄膜或玻璃层)之间。也可以有位于传感器和显示器之间的透明屏蔽层。注意，在菱形图案化的传感器的例子中，它也可以被上下颠倒翻转，然后被层压到显示器。在这种情况下，基板可能会成为用户触摸的层。在双面传感器的例子中，两个面(行和列)可以被印刷在分离的基板上，然后可以将所述基板层压在一起。在这种情况下，我们可以对传感器做同样的上下颠倒翻转处理，使其中一个基板充当触摸表面。
带有桥的单面菱形图案(8100)–(8200)
如在图81(8100)–图82(8200)中概括描述的，示出了使用单面菱形图案的电容式传感器，其在基板(8101)(例如玻璃或塑料)上形成。在该优选实施例中，导电桥(8102)(下面设有电介质，以避免与列短路)被形成在透明导体(8103)(诸如ITO，碳纳米管，导电聚合物，纳米线，图案化导体，等等)之间，以形成VIA。此阵列被连接至列(8104)和行(8105)内插电阻器，所述列和行内插电阻器或者通过在基板(8101)表面上沉积电阻材料，或者简单地通过使透明导体的薄桥留在基板(8101)表面上来形成。这些IIC和IIR电阻器(8104，8105)通过列(8106)和行(8107)连接被电耦合到有源列迹线(8108)和有源行迹线(8109)。这些列(8108)和行(8109)迹线被路由到区域(8110)，用于接合导电弯曲元件，所述导电弯曲元件与驱动和感测电子设备互连，或在某些情况下被配置为用于直接将电子设备结合到基板(8101)上。
参考图82(8200)的横截面图，可以看到基板(8201)支撑着列透明导体(8203)和行透明导体(8213)。电介质层(8212)将列透明导体(8203)和行透明导体(8213)隔开，并支撑导电桥(8202)。在该横截面中还示出了行迹线连接(8207)和行迹线(8209)，它们可以使用蚀刻的或印刷的导电材料形成。
带有直的行/列的双面图案(8300)-(8400)
如在图83(8300)–图84(8400)中概括示出的，示出了使用带有直的行/列的双面图案的电容式传感器，其在基板(8301)(例如玻璃或塑料)上形成。在该优选实施例中，列(8302)和行(8303)位于传感器的相对侧(所以它们不短路)，并且可以可替代地被沉积到分离的基板(一个用于行，一个用于列)上。列(8302)和行(8303)由透明导体(例如ITO，碳纳米管，导电聚合物，纳米线，图案化导体，等等)形成，以形成VIA。此阵列被连接至列(8304)和行(8305)内插电阻器，所述列和行内插电阻器或者通过在基板(8301)表面上沉积电阻材料，或者简单地通过使透明导体的薄桥留在基板(8101)表面上来形成。这些IIC和IIR电阻器(8304，8305)通过列(8306)和行(8307)连接被电耦合到有源列迹线(8308)和有源行迹线(8309)。这些列(8308)和行(8309)迹线被路由到区域(8310)，用于接合导电弯曲元件，所述导电弯曲元件与驱动和感测电子设备互连，或在某些情况下被配置用于直接将电子设备结合到基板(8301)上。
参考图84(8400)的横截面图，可以看到基板(8401)支撑着列透明导体(8402)和行透明导体(8403)。在该横截面中还示出了行迹线连接(8407)和行迹线(8409)，它们可以使用蚀刻的或印刷的导电材料形成。
传感器制造
这两种设计的一个优点是它们可以使用与目前用于制造电容式触摸传感器的工艺完全相同的工艺来制造。主要区别在于，本发明的实施例增加了中间(内插)的行和列，并改变了用于透明导电材料(通常为ITO)的掩模图案，以构建小的导电线，所述导电线用作内插电阻器。可以通过改变这些线的宽度来调节电阻。除了改变掩模图案(可能还有一些测试程序的变化)之外，在制造这些电容式传感器的过程中没有额外的步骤。
电容式传感器的优点
基于本公开的设计的内插电容式传感器的优点是，它比常规的电容式传感器具有好得多的线性。这导致：
·好得多的触摸和尖笔跟踪，而无需校准传感器；
·对触摸形状和面积的更佳估计；
·更好的信号；和
·在用户的手指和传感器之间能够使用薄得多的盖-玻璃/塑料，以获得薄得多的设备。
最后一点在移动/便携式设备(如平板电脑，蜂窝手机，智能手机等结构)中是非常重要的。
对于不透明的电容式传感器，可以使用这些设计之一，并且结合使用先前讨论的IFSA导体图案之一，并且仅仅移除力感测材料。在该应用中，通常用电介质(如薄塑料膜或玻璃)来代替力感测材料。
示例性杯压力分布(8500)-(8800)
图85(8500)中描述了应用于压力传感器平板形状因素的本发明的一个例子。其中饮用杯与所述压力传感器平板表面接触。图86(8600)描述了没有内插时所感测的压力的分布，以及与沿着所检测的压力区域从TSA读出的TSM相关联的网格。图87(8700)描述了由VIA中的单独的力感测元件看到的力的近似重建，通过执行TSM的上采样操作获得。图88(8800)中描述了由CCD根据图86(8600)所示的TSM数据计算的单独检测的椭圆数据。注意，如在图86(8600)中所示的TSM数据可以被用来重建如在图87(8700)中所描述的上采样数据中所看到的细节，并且用来生成图87(8700)中的离散区域的检测和图88(8800)中的椭圆。
示例性画笔压力分布(8900)-(9200)
图89(8900)中描述了应用于压力传感器平板形状因素的本发明的一个例子。其中笔刷与所述压力传感器平板表面接触。图90(9000)描述了通过扫描TSA由CCD获得的TSM的压力分布。图91(9100)描述了基于所述压力分布的所检测到的相关联的压力区域。图92(9200)描述了根据图90(9000)所示的TSM数据由CCD计算的单独检测的椭圆数据。
如从这个例子可以看出，压力传感器VIA既是灵敏的，也能够检测与接触区的单独区域相关联的形状/椭圆数据。这个例子也描述了使用本发明所教导的内插技术的系统的极高的灵敏度。
系统概述
本发明的系统预期了基本结构主题的各种各样的变化，但可以被概括为：一种触摸传感器检测器系统，所述系统包括：
(a)触摸传感器阵列(TSA)
(b)阵列列驱动器(ACD)
(c)列切换寄存器(CSR)
(d)列驱动源(CDS)；
(e)阵列行传感器(ARS)；
(f)行切换寄存器(RSR)；
(g)模拟到数字转换器(ADC)；和
(h)计算控制装置(CCD)；
其中
所述TSA包括可变阻抗阵列(VIA)，所述VIA包括通VIA列和VIA行；
所述VIA被配置为将所述TSA内的多个互连阻抗列(IIC)与所述TSA内的多个互连阻抗行(IIR)电耦合；
所述IIC还包括串联电连接在VIA列之间的一个或多个单独的列阻抗元件(ICIE)；
所述IIR还包括串联电连接在VIA行之间的一个或多个单独的行阻抗元件(IRIE)；
所述ACD被配置为基于所述CSR在所述TSA中选择所述IIC；
所述ACD被配置为使用CDS电驱动所选择的IIC；
所述ARS被配置为基于所述RSR在所述TSA中选择所述IIR；
所述ADC被配置为感测所选择的IIR的电状态，并将所述电状态转换成所感测的数字值(SDV)；和
所述CCD被配置为在TSA内的多个位置处对来自ADC的SDV进行采样，以形成触摸传感器矩阵(TSM)数据结构。
此一般性的系统概述可以通过本文中所描述的各种元件来扩展，以产生与这种总体设计描述相一致的各种各样的发明实施例。
方法概述
本发明的方法预期了基本实施主题的各种各样的变化，但可以被概括为：一种触摸传感器检测器方法，所述方法在触摸式传感器检测器系统上执行，所述触摸式传感器检测器系统包括：
(a)触摸传感器阵列(TSA)
(b)阵列列驱动器(ACD)
(c)列切换寄存器(CSR)
(d)列驱动源(CDS)；
(e)阵列行传感器(ARS)；
(f)行切换寄存器(RSR)；
(g)模拟到数字转换器(ADC)；和
(h)计算控制装置(CCD)；
其中
所述TSA包括可变阻抗阵列(VIA)，所述VIA包括通VIA列和VIA行；
所述VIA被配置为将所述TSA内的多个互连阻抗列(IIC)与所述TSA内的多个互连阻抗行(IIR)电耦合；
所述IIC还包括串联电连接的一个或多个单独的列阻抗元件(ICIE)；
所述IIR还包括串联电连接的一个或多个单独的行阻抗元件(IRIE)；
所述ACD被配置为基于所述CSR在所述TSA中选择所述IIC；
所述ACD被配置为使用CDS电驱动所选择的IIC；
所述ARS被配置为基于所述RSR在所述TSA中选择所述IIR；
所述ADC被配置为感测所选择的IIR的电状态，并将所述电状态转换成所感测的数字值(SDV)；和
所述CCD被配置为在TSA内的多个位置处对来自ADC的SDV进行采样，以形成触摸传感器矩阵(TSM)数据结构；
其中所述方法包括以下步骤：
(1)在CCD的控制下，配置所述VIA内的IIC；
(2)在CCD的控制下，配置所述VIA内的IIR；
(3)在CCD的控制下，用所述CDS电激励所述IIC；
(4)在CCD的控制下，用所述ADC感测IIR中的电响应，并将所述电响应转换成数字数据；
(5)在CCD的控制下，将所述数字数据存储在所述TSM中；
(6)在CCD的控制下，确定是否CDR、IIC和IIR中的预定变化已被记录到TSM，如果是这样，则进入步骤(8)；
(7)在CCD的控制下，为新的VIA感测变体重新配置CDS、IIC和IIR，并进入步骤(3)；
(8)在CCD的控制下，内插TSM值，以确定VIA内的活动焦点；
(9)在CCD的控制下，将焦点活动的信息转换成用户界面输入命令序列；和
(10)在CCD的控制下，将用户界面输入命令序列发送到计算机系统用于动作，并进入步骤(1)。
此一般性的方法概述可以通过本文中所描述的各种元件来扩展，以产生与这种总体设计描述相一致的各种各样的发明实施例。
系统/方法变体
本发明预期了基本结构主题的各种各样的变化。前面提到的例子并不代表可能的用法的全部范围。它们意味着举出了几乎无限可能性中的少数几个例子。
这个基本的系统和方法可以通过多种辅助的实施例来扩展，包括但不限于：
·在一个实施例中，其中所述CDS包括电源，所述电源选自由以下项组成的组：直流电压源；交流电压源；任意波形发生器(AWG)电压源；直流电流源；交流电流源；和任意波形发生器(AWG)电流源。
·在一个实施例中，其中所述CSR被配置为将IIC的每个单独的外部列电耦合到电源，所述电源类型选自由以下项组成的组：开路；零电位电压源；由CSR限定的电压源；由CSR限定的电流源；从CDS导出的电压；和从CDS导出的电流。
·在一个实施例中，其中所述RSR被配置为将IIR的每个单独的外部行电耦合到电阱，所述电阱类型选自由以下项组成的组：开路；零电位电压源；由RSR限定的电压源；由RSR限定的电流吸收器；和ADC。
·在一个实施例中，其中所述IIC包括电耦合相邻的VIA的列的多个电阻器和所述IIR包括电耦合相邻的VIA的行的多个电阻器。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括被配置成将阵列的行与阵列的列电耦合的压敏电阻元件的阵列，其中所述电耦合基于施加在到TSA的压力而变化。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为改变TSA的有效面积，所述TSA被所述ADC通过动态改变CSR和RSR的配置来采样。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM并产生数字指针值的向量(DPV)，所述数字指针值选自由以下项组成的组：TSA上的多个内插位置；TSA上的多个内插最大压力位置；施加到TSA的多个内插总力；在TSA上感测的多个内插的总面积；TSA上的多个内插压力位置；TSA上的多个检测的形状；TSA上的多个检测的椭圆的内插位置，其中每个椭圆包括长轴，短轴，和旋转方位。
·在一个实施例中，其中所述ADC包括信号转换器，所述信号转换器选自由以下项组成的组：电压-数字转换器；电流-数字转换器；放大器；和低通滤波器。
·在一个实施例中，其中所述ADC包括信号转换器，所述信号转换器包括电压-数字转换器或电流-数字转换器，其中所述信号转换器被电耦合到信号调节电路，所述信号调节电路选自由以下项组成的组：放大器；低通滤波器；和低通滤波器与放大器的组合。
·在一个实施例中，其中所述VIA进一步包括物理列，所述物理列经由位于所述物理列和物理行的交点处的压敏传感器元件被电耦合到物理行，所述压敏传感器元件仅存在于所述交叉点的子集中，以形成一个成形的传感器阵列。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为基于CDS、CSR和RSR的状态，将TSM转换为内插触摸状态(ITS)。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为将TSM发送至数字数据处理器(DDP)。
·在一个实施例中，其中所述CSR被配置为将IIC的外部列电耦合到单个电源，所述电源选自由以下项组成的组：开路；零电位电压源；由CSR限定的电压源；由CSR限定的电流源；从CDS导出的电压；和从CDS导出的电流。
·在一个实施例中，其中所述CSR被配置为将IIC的外部列电耦合到单个电源，所述电源选自由以下项组成的组：开路；零电位电压源；由CSR限定的电压源；由CSR限定的电流源；从CDS导出的电压；和从CDS导出的电流。
·在一个实施例中，其中所述RSR被配置为将IIR的外部行电耦合到单个电阱，所述电阱选自由以下项组成的组：开路；零电位电压源；由RSR限定的电压源；由RSR限定的电流阱；和ADC。
·在一个实施例中，其中所述RSR被配置为将IIR的外部行电耦合到单个电阱，所述电阱选自由以下项组成的组：开路；零电位电压源；由RSR限定的电压源；由RSR限定的电流阱；和ADC。
·在一个实施例中，其中所述IIC包括可变电阻器，所述可变电阻器将VIA的列与由CSR限定的可变电阻器的电阻互连。
·在一个实施例中，其中所述IIR包括可变电阻器，所述可变电阻器将VIA的行与由RSR限定的可变电阻器的电阻互连。
·在一个实施例中，其中所述IIC包括电耦合VIA的相邻列的多个阻抗。
·在一个实施例中，其中所述IIC包括电耦合VIA的相邻列的多个电阻器。
·在一个实施例中，其中所述IIC包括电耦合VIA的相邻列的多个有源电路。
·在一个实施例中，其中所述IIR包括电耦合VIA的相邻行的多个阻抗。
·在一个实施例中，其中所述IIR包括电耦合VIA的相邻行的多个电阻器。
·在一个实施例中，其中所述IIR包括电耦合VIA的相邻行的有源电路。
·在一个实施例中，其中所述IIC包括电耦合VIA的相邻列的多个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。
·在一个实施例中，其中所述IIR包括电耦合VIA的相邻行的多个MOSFET。
·在一个实施例中，其中互连所述IIC的阻抗被基于CSR动态配置。
·在一个实施例中，其中互连所述IIR的阻抗被基于RSR动态配置。
·在一个实施例中，其中所述TSM的列计数小于或等于VIA中的列数。
·在一个实施例中，其中所述TSM的行计数小于或等于VIA中的行数。
·在一个实施例中，其中所述CDS基于CSR的状态变化。
·在一个实施例中，其中所述CDS基于RSR的状态变化。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括阻抗元件的阵列，所述阻抗元件被配置成将所述阵列的行与所述阵列的列电耦合，其中每个VIA阻抗元件具有一个阻抗幅值，所述阻抗幅值大于所述IIC中的单独列阻抗的阻抗幅值。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括阻抗元件的阵列，所述阻抗元件被配置成将所述阵列的行与所述阵列的列电耦合，其中每个VIA阻抗元件具有一个阻抗幅值，所述阻抗幅值大于所述IIR中的单独行阻抗的阻抗幅值。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括阻抗元件的阵列，所述阻抗元件被配置成将所述阵列的行与所述阵列的列电耦合，其中每个VIA阻抗元件具有一个阻抗幅值，所述阻抗幅值比所述IIC中的单独列阻抗的阻抗幅值和所述IIR中的单独行阻抗的阻抗幅值都大。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括被配置成将所述阵列的行与所述阵列的列电耦合的电容敏感元件的阵列，其中所述电耦合基于由TSA感测的电容而变化。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括被共同配置成将所述阵列的行与所述阵列的列电耦合的电容敏感元件和压力敏感元件的阵列，其中所述电耦合基于由TSA在所述阵列的行和所述阵列的列的交点处感测的电容和压力而变化。
·在一个实施例中，其中所述ADC包括动态可调阈值检测器，所述可调阈值检测器被配置为基于所述IIR的电状态的历史平均值启动。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置以改变所述CSR和RSR被修改的速率和ADC被采样的速率。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的内插位置相对应的数字指针值(DPV)。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的内插最大压力位置相对应的数字指针值(DPV)。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与施加到TSA的内插总力相对应的数字指针值(DPV)。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上感测到的内插总面积相对应的数字指针值(DPV)。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的所检测的形状的内插位置相对应的数字指针值(DPV)。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与所检测的椭圆的内插位置相对应的数字指针值(DPV)，其中所述椭圆包括长轴、短轴和旋转方位。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的多个内插位置相对应的数字指针值(DPV)的向量。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的多个内插最大压力位置相对应的数字指针值(DPV)的向量。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与施加到TSA的多个内插总力相对应的数字指针值(DPV)的向量。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与在TSA上感测到的多个内插总面积相对应的数字指针值(DPV)的向量。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的多个内插压力位置相对应的数字指针值(DPV)的向量。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的多个所检测的形状相对应的数字指针值(DPV)的向量。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为分析所述TSM，并产生与TSA上的多个所检测的椭圆的内插位置相对应的数字指针值(DPV)的向量，其中每个椭圆包括长轴、短轴和旋转方位。
·在一个实施例中，其中所述TSM被顺序存储在三维矩阵中，以提供施加到TSA的基于时间的压差的时间指示。
·在一个实施例中，其中，在被ADC感测之前，所述IIR的电状态由信号调节器处理。
·在一个实施例中，其中所述ADC包括电压-数字转换器。
·在一个实施例中，其中所述ADC包括电流-数字转换器。
·在一个实施例中，其中所述CDS包括以不同频率工作的多个交流电源。
·在一个实施例中，其中所述ADC被配置为区分多个交流频率。
·在一个实施例中，其中所述VIA的多个列在CCD的控制下经由CDS的启动而被驱动，所述CDS使用以不同频率工作的多个交流电源；所述VIA的多个行在CCD的控制下经由ADC被感测。
·在一个实施例中，其中所述ADC被配置为同时区分所选择的IIR内的多个交流频率，并针对每个所区分的交流频率产生SDV。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括非矩形阵列结构。
·在一个实施例中，其中所述VIA进一步包括物理列，其中所述物理列经由位于所述物理列和物理行的交点处的电容敏感传感器元件，被电耦合到物理行，其中所述电容敏感传感器元件仅存在于所述交叉点的子集中。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括正交的行和列感测元件的阵列。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括非正交的行和列感测元件的阵列。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括行和列感测元件的径向阵列。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括行和列感测元件的椭圆阵列。
·在一个实施例中，其中所述IIC内的阻抗基于所述CSR的状态是动态可配置的。
·在一个实施例中，其中所述IIR内的阻抗基于所述RSR的状态是动态可配置的。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括位于保护性顶层和支撑性背层之间的透明层。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括位于保护性顶层和支撑性背层之间的中间层。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括位于支撑性背层和透明的保护性顶层之间的中间层。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括位于保护性顶层和支撑性背层之间的中间层，其中所述保护性顶层和所述支撑性背层中的一层或两层是柔性的。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括位于支撑性背层和透明的保护性顶层之间的中间层，其中所述保护性顶层和所述支撑性背层中的一层或两层是柔性的。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括电容式触摸传感器层，电磁谐振(EMR)传感器层，和光学触摸传感器层中的一个或多个。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括电容式触摸传感器层，所述电容式触摸传感器层被配置成在与VIA接触之前检测接近度。
·在一个实施例中，其中所述VIA包括力传感器，所述力传感器还包括光学传感器层，所述光学传感器层被配置成在与VIA接触之前检测接近度。
·在一个实施例中，其中所述CCD被配置为收集VIA力压力感测数据和VIA电容触摸感测数据，并将其存储在TSM中。
·在一个实施例中，其中所述系统进一步包括有源电容式尖笔(ACS)，其被配置成接收从所述IIC或所述IIR传送的无线信号。
·在一个实施例中，其中所述系统进一步包括有源电容式尖笔(ACS)，其被配置成发射无线信号，用于由所述IIC或所述IIR进行检测。
·在一个实施例中，其中所述系统进一步包括有源电容式尖笔(ACS)，其被配置成发射无线信号，用于由所述IIC或所述IIR进行检测，其中所述无线信号基于用户对ACS的输入而变化。
本领域技术人员将认识到基于在上述发明的说明书中教导的元件的组合的其他实施例也是可能的。
广义的计算机可用介质
在各种可替代实施例中，本发明可以被实现为计算机程序产品，用于计算机化的计算系统。本领域的技术人员将容易理解，限定了由本发明所限定功能的程序可以以任何适当的编程语言来编写，和以许多形式被传送给计算机，包括但不限于：(a)永久存储在非可写存储介质(例如，只读存储器装置，如ROM或CD-ROM盘)上的信息；(b)可改变地存储在可写存储介质(例如，软盘和硬盘驱动器)上的信息；和/或(c)通过通信介质，例如局域网，电话网络，或例如因特网的公用网，传送到计算机的信息。当携带有实现本发明的方法的计算机可读指令时，这样的计算机可读介质代表了本发明的可替代实施例。
如本文所概述示出的，本发明的系统的实施例可以结合各种计算机可读介质，所述计算机可读介质包括具有被嵌入其中的计算机可读代码装置的计算机可用介质。本领域的技术人员将认识到，与本文所述的各种处理过程相关联的软件可以被包含在各种各样的计算机可存取介质中，该软件从所述计算机可存取介质中被加载和激活。根据In re Beauregard，35USPQ2d第1383(第5,710,578号美国专利)，本发明预期并包括了本发明范围内的这种类型的计算机可读介质。根据In re Nuijten,500F.3d 1346(Fed.Cir 2007)(美国专利申请序列号09/211,928)，本发明的范围所限制的计算机可读介质，其中所述介质既是有形的也是非暂时的。
结论
公开了结合有内插传感器阵列的电阻式触摸传感器系统和方法。所述系统和方法利用触摸传感器阵列(TSA)，其被配置成经由可变阻抗阵列(VIA)检测接近/接触/压力(PCP)，其中所述VIA与耦合到阵列列驱动器(ACD)的互连阻抗列(IIC)和耦合到阵列行传感器(ARS)的互连阻抗行(IIR)电耦合。所述ACD被配置为基于列切换寄存器(CSR)选择所述IIC，和使用列驱动源(CDS)电驱动所述IIC。所述VIA将电流从被驱动的IIC传递到由ARS感测的IIC。所述ARS选择TSA内的IIR，并基于行切换寄存器(RSR)电气感测IIR状态。内插ARS感测的电流/电压使得允许TSA PCP和/或空间位置的精确检测。
权利要求解释
以下规则在解释本发明的权利要求时适用：
·权利要求前序部分应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“其中”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“借以”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“适用于”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“适合于”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·在表达“X和/或Y”的上下文中的短语“和/或”，应被解释为限定集合“(X或Y)”与集合“(X和Y)”的并集，如由Ex Parte Gross(USPTO专利审理和上诉委员会，上诉2011-004811，序列号11/565411，“‘和/或’涵盖只有元素A，只有元素B，或元素A和B都具有”的实施例)所解释。
权利要求
虽然本发明的优选实施例已在附图中示出，并且在前面的详细说明中进行了描述，应该理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，在不脱离所阐述的并由下述权利要求所限定的本发明的精神的范围内，能够有许多重新安排，修改和替换。
所主张的权利要求如下。

Claims (108)

1.一种电阻式触摸传感器系统，包括
(a)触摸传感器阵列TSA；
(b)阵列列驱动器ACD
(c)列切换寄存器CSR；
(d)列驱动源CDS；
(e)阵列行传感器ARS；
(f)行切换寄存器RSR；
(g)模拟-数字转换器ADC；和
(h)计算控制设备CCD；
其中
所述触摸传感器阵列TSA包括可变阻抗阵列VIA，所述可变阻抗阵列VIA包括可变阻抗阵列VIA列和可变阻抗阵列VIA行；
所述可变阻抗阵列VIA包括第一层，所述第一层具有顶面和底面；
所述第一层包括力感测材料；
所述可变阻抗阵列VIA包括第二层，所述第二层具有顶面和底面；
所述第二层包括暴露的共面驱动电极；
所述第二层还包括暴露的共面感测电极；
所述可变阻抗阵列VIA被配置为将所述触摸传感器阵列TSA内的多个互连阻抗列IIC与所述触摸传感器阵列TSA内的多个互连阻抗行IIR电耦合；
所述互连阻抗列IIC还包括所述驱动电极之间的被串联电连接的多个单独的列阻抗元件ICIE；
所述互连阻抗行IIR还包括所述感测电极之间的被串联电连接的多个单独的行阻抗元件IRIE；
所述阵列列驱动器ACD被配置为基于所述列切换寄存器CSR在所述触摸传感器阵列TSA内选择所述互连阻抗列IIC；
所述阵列列驱动器ACD被配置为使用所述列驱动源CDS电驱动所选择的互连阻抗列IIC；
所述列驱动源CDS被配置为对一个或多个所述驱动电极供电，同时驱动一个或多个所述驱动电极至地电位；
所述阵列行传感器ARS被配置为基于所述行切换寄存器RSR在所述触摸传感器阵列TSA内选择所述互连阻抗行IIR，并同时驱动一个或多个所述感测电极到地电位。
所述模拟-数字转换器ADC被配置为感测所选择的互连阻抗行IIR的电状态，并将所述电状态转换成感测的数字值SDV；
所述电状态由所述可变阻抗阵列VIA内的可变阻抗元件的电流贡献的总和确定，其中每个所述可变阻抗元件的所述电流贡献由在所述可变阻抗阵列VIA的所述列之间形成的分压器、在所述可变阻抗阵列VIA的所述行之间形成的电流分配器、和阻抗元件的状态确定，以产生所述可变阻抗阵列VIA内的给定的行-列交叉点的感测电流；和
所述计算控制设备CCD被配置为在所述触摸传感器阵列TSA内的多个位置处对来自所述模拟-数字转换器ADC的所述感测的数字值SDV进行采样，以形成触摸传感器矩阵TSM数据结构。
2.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极位于所述第二层的所述顶面上，所述感测电极位于所述第二层的所述底面上，以及过孔将所述感测电极互连到所述第二层的所述顶面上的导电焊盘。
3.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述感测电极位于所述第二层的所述顶面上，所述驱动电极位于所述第二层的所述底面上，以及过孔将所述驱动电极互连到所述第二层的所述顶面上的导电焊盘。
4.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述感测电极包括上表面和下表面，所述感测电极的所述上表面是平面。
5.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极和所述感测电极的行/列间距为1mm。
6.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成矩形图案。
7.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成交叉的手指图案。
8.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成矩形图案，其中每隔一列被翻转。
9.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成交叉的手指图案，其中每隔一列被翻转。
10.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成菱形图案。
11.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成非矩形力感测阵列。
12.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第一层包括薄层，所述薄层具有高的每平方电阻与体电阻的比率。
13.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述可变阻抗阵列VIA包括传感器元件，所述传感器元件的电阻大于所述互连阻抗行IIR阻抗和所述互连阻抗列IIC阻抗的电阻。
14.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第一层包括力感测层，所述力感测层被分割成段，所述段与所述可变阻抗阵列VIA内的力感测元件对齐。
15.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第一层包括装载有导电颗粒的聚合物。
16.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第一层包括被图案化的力感测层。
17.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第一层包括被图案化有随机图案或伪随机图案的力感测层。
18.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括迹线，所述迹线进一步包括力感测材料。
19.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第一层包括力感测层，所述力感测层的材料选自由以下材料组成的组：导电橡胶；导电泡沫；导电塑料；装载有导电颗粒的导电油墨；导电颗粒与绝缘颗粒的混合物；和与聚合物混合的碳颗粒。
20.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有金镀层。
21.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有化学镀镍浸金ENIG镀层。
22.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有丝网印刷碳。
23.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括刚性印刷电路板PCB。
24.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括刚性印刷电路板PCB，所述印刷电路板PCB包括FR4材料。
25.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括柔性印刷电路板PCB。
26.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括使用加成印刷电子设备工艺形成的印刷电路板PCB。
27.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括机械钻制的过孔。
28.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括激光钻制的过孔。
29.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括填充的过孔。
30.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括通过在印刷电介质层中的开口而形成的过孔。
31.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括位于所述可变阻抗阵列VIA列之间的薄的导电桥。
32.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述第二层包括位于所述可变阻抗阵列VIA行之间的薄的导电桥。
33.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括分立的表面安装电阻器。
34.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括具有1％或更高精度的分立的表面安装电阻器。
35.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括激光微调电阻器。
36.如权利要求1所述的电阻式触摸传感器系统，其中，所述可变阻抗阵列VIA被附接到涂覆有力感测材料FSM的柔性显示器上，其中所述力感测材料FSM形成所述第一层。
37.一种被配置成在电阻式触摸传感器系统上操作的电阻式触摸传感器方法，所述电阻式触摸传感器系统包括：
(a)触摸传感器阵列TSA；
(b)阵列列驱动器ACD；
(c)列切换寄存器CSR；
(d)列驱动源CDS；
(e)阵列行传感器ARS；
(f)行切换寄存器RSR；
(g)模拟-数字转换器ADC；和
(h)计算控制设备CCD；
其中
所述触摸传感器阵列TSA包括可变阻抗阵列VIA，所述可变阻抗阵列VIA包括可变阻抗阵列VIA列和可变阻抗阵列VIA行；
所述可变阻抗阵列VIA包括第一层，所述第一层具有顶面和底面；
所述第一层包括力感测材料；
所述可变阻抗阵列VIA包括第二层，所述第二层具有顶面和底面；
所述第二层包括暴露的共面驱动电极；
所述第二层还包括暴露的共面感测电极；
所述可变阻抗阵列VIA被配置为将所述触摸传感器阵列TSA内的多个互连阻抗列互连阻抗列IIC与所述触摸传感器阵列TSA内的多个互连阻抗行IIR电耦合；
所述互连阻抗列IIC还包括所述驱动电极之间的被串联电连接的多个单独的列阻抗元件ICIE；
所述互连阻抗行IIR还包括所述感测电极之间的被串联电连接的多个单独的行阻抗元件IRIE；
所述阵列列驱动器ACD被配置为基于所述列切换寄存器CSR在所述触摸传感器阵列TSA内选择所述互连阻抗列IIC；
所述阵列列驱动器ACD被配置为使用所述列驱动源CDS电驱动所选择的互连阻抗列IIC；
所述列驱动源CDS被配置为对一个或多个所述驱动电极供电，同时驱动一个或多个所述驱动电极至地电位；
所述阵列行传感器ARS被配置为基于所述行切换寄存器RSR在所述触摸传感器阵列TSA内选择所述互连阻抗行IIR；
所述模拟-数字转换器ADC被配置为感测所选择的互连阻抗行IIR的电状态，并将所述电状态转换成感测的数字值SDV；
所述模拟-数字转换器ADC被配置为感测一个或多个所述感测电极的电压，并同时驱动一个或多个所述感测电极到地电位。
所述电状态由所述可变阻抗阵列VIA内的可变阻抗元件的电流贡献的总和确定，其中每个所述可变阻抗元件的所述电流贡献由在所述可变阻抗阵列VIA的所述列之间形成的分压器、在所述可变阻抗阵列VIA的所述行之间形成的电流分配器、和阻抗元件的状态确定，以产生所述可变阻抗阵列VIA内的给定的行-列交叉点的感测电流；和
所述计算控制设备CCD被配置为在所述触摸传感器阵列TSA内的多个位置处对来自所述模拟-数字转换器ADC的所述感测的数字值SDV进行采样，以形成触摸传感器矩阵TSM数据结构；
其中所述方法包括以下步骤：
(1)在所述计算控制设备CCD的控制下，配置所述可变阻抗阵列VIA内的所述互连阻抗列IIC；
(2)在所述计算控制设备CCD的控制下，配置所述可变阻抗阵列VIA内的所述互连阻抗行IIR；
(3)在所述计算控制设备CCD的控制下，用所述列驱动源CDS电激励所述互连阻抗列IIC；
(4)在所述计算控制设备CCD的控制下，用所述模拟-数字转换器ADC感测所述互连阻抗行IIR内的电状态，作为所述可变阻抗阵列VIA内的给定行-列交叉点的感测电流，并将所述电状态转换成数字数据；
(5)在所述计算控制设备CCD的控制下，将所述数字数据存储在所述触摸传感器矩阵TSM中；
(6)在所述计算控制设备CCD的控制下，确定是否所述CDR、所述互连阻抗列IIC和所述互连阻抗行IIR中的预定变化已被记录到所述触摸传感器矩阵TSM，如果是这样，则进入步骤(8)；
(7)在所述计算控制设备CCD的控制下，为新的可变阻抗阵列VIA感测变体重新配置所述列驱动源CDS、所述互连阻抗列IIC和所述互连阻抗行IIR，并进入步骤(3)；
(8)在所述计算控制设备CCD的控制下，内插所述触摸传感器矩阵TSM值，以确定所述可变阻抗阵列VIA内的活动焦点；
(9)在所述计算控制设备CCD的控制下，将所述焦点活动的信息转换成用户界面输入命令序列；和
(10)在所述计算控制设备CCD的控制下，将所述用户界面输入命令序列发送到计算机系统用于动作，并进入步骤(1)。
38.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极位于所说第二层的所述顶面上，所述感测电极位于所述第二层的所述底面上，以及过孔将所述感测电极互连到所述第二层的所述顶面上的导电焊盘。
39.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述感测电极位于所述第二层的所述顶面上，所述驱动电极位于所述第二层的所述底面上，以及过孔将所述驱动电极互连到所述第二层的所述顶面上的导电焊盘。
40.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述感测电极包括上表面和下表面，所述感测电极的所述上表面是平面。
41.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极和所述感测电极的行/列间距为1mm。
42.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成矩形图案。
43.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成交叉的手指图案。
44.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成矩形图案，其中每隔一列被翻转。
45.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成交叉的手指图案，其中每隔一列被翻转。
46.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成菱形图案。
47.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成非矩形力感测阵列。
48.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第一层包括薄层，所述薄层具有高的每平方电阻与体电阻的比率。
49.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述可变阻抗阵列VIA包括传感器元件，所述传感器元件的电阻大于所述互连阻抗行IIR阻抗和所述互连阻抗列IIC阻抗的电阻。
50.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第一层包括力感测层，所述力感测层被分割成段，所述段与所述可变阻抗阵列VIA内的力感测元件对齐。
51.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第一层包括装载有导电颗粒的聚合物。
52.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第一层包括被图案化的力感测层。
53.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第一层包括被图案化有随机图案或伪随机图案的力感测层。
54.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括迹线，所述迹线进一步包括力感测材料。
55.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第一层包括力感测层，所述力感测层的材料选自由以下材料组成的组：导电橡胶；导电泡沫；导电塑料；装载有导电颗粒的导电油墨；导电颗粒与绝缘颗粒的混合物；和与聚合物混合的碳颗粒。
56.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有金镀层。
57.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有化学镀镍浸金ENIG镀层。
58.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有丝网印刷碳。
59.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括刚性印刷电路板PCB。
60.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括刚性印刷电路板PCB，所述印刷电路板PCB包括FR4材料。
61.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括柔性印刷电路板PCB。
62.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括使用加成印刷电子设备工艺形成的印刷电路板PCB。
63.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括机械钻制的过孔。
64.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括激光钻制的过孔。
65.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括填充的过孔。
66.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括通过在印刷电介质层中的开口而形成的过孔。
67.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括位于所述可变阻抗阵列VIA列之间的薄的导电桥。
68.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述第二层包括位于所述可变阻抗阵列VIA行之间的薄的导电桥。
69.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括分立的表面安装电阻器。
70.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括具有1％或更高精度的分立的表面安装电阻器。
71.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括激光微调电阻器。
72.如权利要求37所述的电阻式触摸传感器方法，其中，所述可变阻抗阵列VIA被附接到涂覆有力感测材料FSM的柔性显示器上，其中所述力感测材料FSM形成所述第一层。
73.一种具有计算机可读程序代码装置的有形的非临时性的计算机可用介质，其中所述计算机可读程序代码装置包括被配置为在电阻式触摸传感器系统上操作的电阻式触摸传感器方法，所述电阻式触摸传感器系统包括：
(a)触摸传感器阵列TSA；
(b)阵列列驱动器ACD
(c)列切换寄存器CSR；
(d)列驱动源CDS；
(e)阵列行传感器ARS；
(f)行切换寄存器RSR；
(g)模拟-数字转换器ADC；和
(h)计算控制设备CCD；
其中
所述触摸传感器阵列TSA包括可变阻抗阵列VIA，所述可变阻抗阵列VIA包括可变阻抗阵列VIA列和可变阻抗阵列VIA行；
所述可变阻抗阵列VIA包括第一层，所述第一层具有顶面和底面；
所述第一层包括力感测材料；
所述可变阻抗阵列VIA包括第二层，所述第二层具有顶面和底面；
所述第二层包括暴露的共面驱动电极；
所述第二层还包括暴露的共面感测电极；
所述可变阻抗阵列VIA被配置为将所述触摸传感器阵列TSA内的多个互连阻抗列互连阻抗列IIC与所述触摸传感器阵列TSA内的多个互连阻抗行IIR电耦合；
所述互连阻抗列IIC还包括所述驱动电极之间的被串联电连接的多个单独的列阻抗元件ICIE；
所述互连阻抗行IIR还包括所述感测电极之间的被串联电连接的多个单独的行阻抗元件IRIE；
所述阵列列驱动器ACD被配置为基于所述列切换寄存器CSR在所述触摸传感器阵列TSA内选择所述互连阻抗列IIC；
所述阵列列驱动器ACD被配置为使用所述列驱动源CDS电驱动所选择的互连阻抗列IIC；
所述列驱动源CDS被配置为对一个或多个所述驱动电极供电，同时驱动一个或多个所述驱动电极至地电位；
所述阵列行传感器ARS被配置为基于所述行切换寄存器RSR在所述触摸传感器阵列TSA内选择所述互连阻抗行IIR；
所述模拟-数字转换器ADC被配置为感测所选择的互连阻抗行IIR的电状态，并将所述电状态转换成感测的数字值SDV；
所述模拟-数字转换器ADC被配置为感测一个或多个所述感测电极的电压，并同时驱动一个或多个所述感测电极到地电位。
所述电状态由所述可变阻抗阵列VIA内的可变阻抗元件的电流贡献的总和确定，其中每个所述可变阻抗元件的所述电流贡献由在所述可变阻抗阵列VIA的所述列之间形成的分压器、在所述可变阻抗阵列VIA的所述行之间形成的电流分配器、和阻抗元件的状态确定，以产生所述可变阻抗阵列VIA内的给定的行-列交叉点的感测电流；和
所述计算控制设备CCD被配置为在所述触摸传感器阵列TSA内的多个位置处对来自所述模拟-数字转换器ADC的所述感测的数字值SDV进行采样，以形成触摸传感器矩阵TSM数据结构；
其中所述方法包括以下步骤：
(1)在所述计算控制设备CCD的控制下，配置所述可变阻抗阵列VIA内的所述互连阻抗列IIC；
(2)在所述计算控制设备CCD的控制下，配置所述可变阻抗阵列VIA内的所述互连阻抗行IIR；
(3)在所述计算控制设备CCD的控制下，用所述列驱动源CDS电激励所述互连阻抗列IIC；
(4)在所述计算控制设备CCD的控制下，用所述模拟-数字转换器ADC感测所述互连阻抗行IIR内的电状态，作为所述可变阻抗阵列VIA内的给定行-列交叉点的感测电流，并将所述电状态转换成数字数据；
(5)在所述计算控制设备CCD的控制下，将所述数字数据存储在所述触摸传感器矩阵TSM中；
(6)在所述计算控制设备CCD的控制下，确定是否所述CDR、所述互连阻抗列IIC和所述互连阻抗行IIR中的预定变化已被记录到所述触摸传感器矩阵TSM，如果是这样，则进入步骤(8)；
(7)在所述计算控制设备CCD的控制下，为新的可变阻抗阵列VIA感测变体重新配置所述列驱动源CDS、所述互连阻抗列IIC和所述互连阻抗行IIR，并进入步骤(3)；
(8)在所述计算控制设备CCD的控制下，内插所述触摸传感器矩阵TSM值，以确定所述可变阻抗阵列VIA内的活动焦点；
(9)在所述计算控制设备CCD的控制下，将所述焦点活动的信息转换成用户界面输入命令序列；和
(10)在所述计算控制设备CCD的控制下，将所述用户界面输入命令序列发送到计算机系统用于动作，并进入步骤(1)。
74.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极位于所说第二层的所述顶面上，所述感测电极位于所述第二层的所述底面上，以及过孔将所述感测电极互连到所述第二层的所述顶面上的导电焊盘。
75.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述感测电极位于所说第二层的所述顶面上，所述驱动电极位于所述第二层的所述底面上，以及过孔将所述感测电极互连到所述第二层的所述顶面上的导电焊盘。
76.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述感测电极包括上表面和下表面，所述感测电极的所述上表面是平面。
77.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极和所述感测电极的行/列间距为1mm。
78.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成矩形图案。
79.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成交叉的手指图案。
80.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成矩形图案，其中每隔一列被翻转。
81.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成交叉的手指图案，其中每隔一列被翻转。
82.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成菱形图案。
83.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述驱动电极和所述感测电极形成非矩形力感测阵列。
84.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第一层包括薄层，所述薄层具有高的每平方电阻与体电阻的比率。
85.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述可变阻抗阵列VIA包括传感器元件，所述传感器元件的电阻大于所述互连阻抗行IIR阻抗和所述互连阻抗列IIC阻抗的电阻。
86.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第一层包括力感测层，所述力感测层被分割成段，所述段与所述可变阻抗阵列VIA内的力感测元件对齐。
87.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第一层包括装载有导电颗粒的聚合物。
88.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第一层包括被图案化的力感测层。
89.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第一层包括被图案化有随机图案或伪随机图案的力感测层。
90.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括迹线，所述迹线进一步包括力感测材料。
91.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第一层包括力感测层，所述力感测层的材料选自由以下材料组成的组：导电橡胶；导电泡沫；导电塑料；装载有导电颗粒的导电油墨；导电颗粒与绝缘颗粒的混合物；和与聚合物混合的碳颗粒。
92.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有金镀层。
93.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有化学镀镍浸金ENIG镀层。
94.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括导电迹线，所述导电迹线涂覆有丝网印刷碳。
95.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括刚性印刷电路板PCB。
96.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括刚性印刷电路板PCB，所述刚性印刷电路板PCB包括FR4材料。
97.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括柔性印刷电路板PCB。
98.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括使用加成印刷电子设备工艺形成的印刷电路板PCB。
99.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括机械钻制的过孔。
100.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括激光钻制的过孔。
101.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括填充的过孔。
102.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括通过在印刷电介质层中的开口而形成的过孔。
103.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括位于所述可变阻抗阵列VIA列之间的薄的导电桥。
104.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述第二层包括位于所述可变阻抗阵列VIA行之间的薄的导电桥。
105.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括分立的表面安装电阻器。
106.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括具有1％或更高精度的分立的表面安装电阻器。
107.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述触摸传感器阵列TSA包括内插电阻器，所述内插电阻器进一步包括激光微调电阻器。
108.如权利要求73所述的计算机可用介质，其中，所述可变阻抗阵列VIA被附接到涂覆有力感测材料FSM的柔性显示器上，其中所述力感测材料FSM形成所述第一层。
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