CN106201060A - 混合大动态范围电容感测 - Google Patents

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Abstract

处理系统，包括电荷积分器、补偿单元、和精细信号处理单元。补偿单元检测何时电荷积分器的输出在与电荷积分器的动态范围关联的某个范围之外，并且从电荷积分器的输入增加或减去电荷作为响应。补偿单元记录电荷被增加或减去的次数的计数，并且从该计数产生粗略感测结果。精细信号处理单元在电荷被增加或移除之后，处理电荷积分器的输出。补偿单元处理粗略感测结果，并且将处理过的值加至来自精细信号处理单元的精细感测结果，以获得最终输出值。该最终输出为好像使用了具有更大动态范围的电荷积分器一样的值。

Description

混合大动态范围电容感测
技术领域
实施例普遍涉及输入感测以及，特别地，涉及用于混合大动态范围电容感测的技术。
背景技术
包括接近传感器装置的输入装置（通常也被称为触摸垫或者触摸传感器装置）被广泛应用于多种电子系统中。接近传感器装置典型地包括感测区，其通常由表面区分，在其中接近传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用于为电子系统提供接口。例如，接近传感器装置通常作为输入装置用于较大计算系统中（诸如集成在或外设于笔记本或桌上型计算机的不透明触摸垫）。接近传感器装置也经常用于较小的计算系统中（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。
输入装置包括处理电路，其可包括电荷积分器和其他处理组件。电荷积分器对提供给电荷积分器的输入的电荷的变化，其作为采用信号驱动传感器电极用于电容性感测的结果而发生，进行积分。电荷积分器具有动态范围，其指示可由电荷积分器适应的电荷变化的范围。在这个范围之外，电荷积分器的输出不随输入至电荷积分器的电荷的变化而线性改变。
电荷积分器的动态范围可以通过增加电荷积分器的反馈电容器的尺寸而增加。然而，在集成电路中，由电容器消耗的区域的量取决于电容器的电容值。因此，如果存在减少集成电路（其用于处理与电容性感测相关的感测信号）的尺寸的期望，则需要一种解决方案而不是简单地增加电容器的尺寸。
发明内容
提供一种用于处理信号的处理系统，该信号从由感测信号驱动的电容性触摸传感器接收。处理单元包括电荷积分器，其在第一节点耦合于电容性触摸传感器。处理单元也包括精细信号处理单元，其配置成对电荷积分器的输出执行信号处理，以生成精细逻辑输出。处理单元进一步包括补偿单元。补偿单元配置成在感测信号的感测半周期期间，按电荷的离散量从第一节点减去电荷或者向第一节点增加电荷。补偿单元也配置成对粗略感测结果执行信号处理，该粗略感测结果基于在感测半周期期间向第一节点增加或者从第一节点减去的电荷，以生成粗略逻辑输出。补偿单元进一步配置成将粗略逻辑输出加到精细逻辑输出，以生成处理过的信号输出。
提供一种用于处理信号的方法，该信号从由感测信号驱动的电容性触摸传感器接收。该方法包括在耦合于电容性触摸感测器的第一节点处，通过电荷积分器，对电荷进行积分。该方法也包括对电荷积分器的输出执行信号处理，以生成精细逻辑输出。该方法进一步包括在感测信号的感测半周期期间，按电荷的离散量从第一节点减去电荷或者向第一节点增加电荷。该方法也包括对粗略感测结果执行信号处理，该粗略感测结果基于在感测半周期期间向第一节点增加或者从第一节点减去的电荷，以生成粗略逻辑输出。该方法进一步包括将粗略逻辑输出加到精细逻辑输出，以生成处理过的信号输出。
提供一种输入装置。输入装置包括电容性触摸传感器和耦合于电容性触摸传感器的处理单元。处理单元包括电荷积分器，其在第一节点耦合于电容性触摸传感器。处理单元也包括精细信号处理单元，其配置成对电荷积分器的输出执行信号处理，以生成精细逻辑输出。处理单元进一步包括补偿单元。补偿单元配置成在感测信号的感测半周期期间，按电荷的离散量从第一节点减去电荷或者向第一节点增加电荷。补偿单元也配置成对粗略感测结果执行信号处理，该粗略感测结果基于在感测半周期期间向第一节点增加或者从第一节点减去的电荷，以生成粗略逻辑输出。补偿单元进一步配置成将粗略逻辑输出加到精细逻辑输出，以生成处理过的信号输出。
附图说明
为了使实施例的上述特征能够以详细的方式来理解，通过参考实施例作出在上面简要总结的、实施例的更具体的描述，其中一些实施例在附图中例示。但要注意，由于可容许其他有效的实施例，这些附图仅例示典型实施例并且不应因此被认为范围的限定。
图1是依照示例的、包括输入装置的系统的框图。
图2A是依照示例的、描绘电容性传感器装置的框图。
图2B是依照示例的、描绘另一种电容性传感器装置的框图。
图3A是依照示例的、混合动态范围处理系统的框图。
图3B是依照示例的、示例混合动态范围处理系统的电路图，该示例混合动态范围处理系统是图3A中混合动态范围处理系统的实现。
图4是依照示例的、例示混合动态范围处理系统内各种信号的图。
图5是依照示例的、可作为图3B中电荷修改单元使用的、直接电荷传输电路的图示。
图6是依照示例的、可作为图3B中电荷修改单元使用的、基于缓冲的电荷传输电路的图示。
图7是依照示例的、处理信号的方法的流程图，该信号从以感测信号驱动的电容性触摸传感器接收。
为促进理解，已尽可能使用同样的参考标号，来标明对附图而言是共同的同样元件。应预期到，一个实施例中的元件可以获益地、结合到其他实施例中。
具体实施方式
下列详细描述本质上仅仅是示范性的，并不意图限制实施例或此类实施例的应用和使用。而且，不存在由先前技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何已表达或暗示的理论所约束的意图。
各种实施例提供一种处理系统，其包括电荷积分器、补偿单元和精细信号处理单元。补偿单元检测何时电荷积分器的输出超出与电荷积分器的动态范围相关的某个范围，并且从电荷积分器的输入增加或减去电荷作为响应。补偿单元记录电荷被增加或减去的次数的计数，并且从该计数产生粗略感测结果。精细信号处理单元在增加或移除电荷之后，处理电荷积分器的输出。补偿单元处理粗略感测结果，并且将处理后的值加到来自精细信号处理单元的精细感测结果，以获得最终输出值。该最终输出值是与如同使用了具有更大动态范围的电荷积分器相同的值。
现在转向附图，图1是依照发明的实施例的、示范性输入装置100的框图。输入装置100可配置成向电子系统（未示出）提供输入。正如此文档中使用的，术语“电子系统”（或“电子装置”）广义地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如桌上型计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、网页浏览器、电子书籍阅读器，和个人数字助手（PDA）。另外的示例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和独立的操纵杆或按键开关的物理键盘。进一步的示例电子系统包括诸如数据输入装置（包括远程控制和鼠标），和数据输出装置（包括显示屏和打印机）的外部设备。其他示例包括远程终端、广告亭，和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏装置等）。其他示例包括通讯装置（包括蜂窝电话，诸如智能手机），和媒体装置（包括录制器、编辑器、和诸如电视的播放器、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子系统可以是输入装置的主机或从机。
输入装置100能够被实现为电子系统的物理部件或者能与电子系统物理地分离。适当情况下，输入装置100能使用下列方式的任何一个或多个与电子系统的部件通信：总线、网络，和其他有线或无线互连。示例包括：I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。
在图1中，输入装置100示出为接近传感器装置（通常也称为“触摸垫”或“触摸传感器装置”），其配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区域120中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1所示。
感测区域120包含在输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入装置100能够检测用户输入（例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区域的大小、形状和位置可能逐个实施例广泛变化。在一些实施例中，感测区域120从输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸至空间中直到信噪比阻止充分精确的对象检测。该感测区域120沿特定方向延伸的距离，在各种实施例中，可能为大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者更多，并且可能随所用的感测技术的类型和期望精度而显著变化。因此，一些实施例感测输入，其中包括与输入装置100任何表面无接触、与输入装置100的输入表面（例如触摸表面）接触、与耦合一定量外加力或压力的输入装置100的输入表面接触、和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可由传感器电极位于其中的壳体的表面来提供，由应用在传感器电极或任何壳体之上的面板来提供，等。在一些实施例中，感测区120在投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
输入装置100可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测在感测区120中的用户输入。该输入装置100包括一个或多个用于检测用户输入的感测元件。作为几个非限制性示例，输入装置100可以使用电容性、倒介电、电阻性、电感性、磁、声、超声，和/或光技术。一些实现配置成提供跨一维、二维、三维，或更高维度空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。在输入装置100的一些电阻性实现中，柔性且导电的第一层由一个或多个隔离元件与导电的第二层分隔。在操作期间，一个或多个电压梯度跨层创建。按压柔性的第一层可以使其充分弯曲以创建层之间的电接触，导致反映层之间的接触的点的电压输出。这些电压输出可以用来确定位置信息。
在输入装置100的一些电感性实现中，一个或多个感测元件获得由谐振线圈或线圈对感应的环路电流。电流的振幅、相位、和频率的某个组合便可以用来确定位置信息。
在输入装置100的一些电容性实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象导致电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可作为电压、电流等的变化而被检测。
一些电容性实现利用阵列或者其他电容性感测元件的规则或不规则的图案来创建电场。在一些电容性实现中，独立的感测元件可以欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。
一些电容性实现利用基于在传感器电极和输入对象之间的电容性耦合的变化的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极附近的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压（例如，系统地）调制传感器电极，以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合，来进行操作。
一些电容性实现利用基于在传感器电极之间的电容性耦合的变化的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极之间的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过检测在一个或多个发射器传感器电极（也是“发射器电极”或“发射器”）与一个或多个接收器传感器电极（也是“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合，来进行操作。发射器传感器电极可相对于参考电压（例如，系统地）来调制以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压保持大体上恒定以促进结果信号的接收。结果信号可包括对应于一个或多个发射器信号和/或一个或多个环境干扰源（例如，其他电磁信号）的影响。传感器电极可为专用的发射器或接收器，或者传感器电极可配置成既传送又接收。备选地，接收器电极可相对于地面调制。
在图1中，处理系统110示出为输入装置100的部件。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件来检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其他电路组件的部分或全部。例如，用于互电容传感器装置的处理系统可包括配置成以发射器传感器电极来传送信号的发射器电路，和/或配置成以接收器传感器电极来接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的组件定位在一起，诸如在输入装置100的感测元件附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的感测元件，而一个或多个组件在别处。例如，输入装置100可为耦合到桌上型计算机的外设，并且处理系统110可包括配置成在桌上型计算机的中央处理单元上运行的软件以及与该中央处理单元分离的一个或多个IC（或许具有关联的固件）。作为另一示例，输入装置100可物理地集成在电话中，并且处理系统110可包括作为该电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110也执行其他功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。
处理系统110可以作为处理该处理系统110不同功能的一组模块被实现。每一模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或它们的组合。在各种实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏之类硬件的硬件操作模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类数据的数据处理模块，以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括传感器操作模块，其配置成操作感测元件来检测输入；识别模块，其配置成识别诸如模式变更手势之类的手势；以及模式变更模块，其用于变更操作模式。
在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作来响应感测区域120中的用户输入（或缺少用户输入）。示例动作包括改变操作模式，以及诸如光标移动、选择、菜单导航、和其他功能的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分（例如，向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样一个独立的中央处理系统存在的话）提供关于输入（或缺少输入）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从该处理系统110接收到的信息以对用户输入采取动作，以致促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的感测元件以产生指示感测区域120中的输入（或缺少输入）的电信号。处理系统110在产生提供给电子系统的信息中可对该电信号执行任何适量的处理。例如，处理系统110可以数字化从传感器电极获得的模拟电信号。作为另一个例子，处理系统110可以执行滤波或其他信号调节。作为又一个例子，处理系统110可以减去或以其他方式计及基线，以使得信息反映电信号和基线之间的差异。作为另一些示例，处理系统110可确定位置信息，识别作为命令的输入，识别笔迹等。
本文使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示例性的“零维”位置信息包括近/远或接触/非接触信息。示例性的“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性的“二维”位置信息包括在平面中的运动。示例性的“三维”位置信息包括在空间中的瞬时或平均速度。进一步的示例包括空间信息的其他表示。也可确定和/或存储关于一种或多种类型位置信息的历史数据，包括，例如随时间追踪位置、运动、或瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或由某个其他处理系统操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可为感测区120中的输入提供冗余的功能性，或某个其他功能性。图1示出感测区120附近的按钮130，其能够用于促进使用输入装置100的项目的选择。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入装置100可在没有其他输入组件的情况下实现。
一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区120与显示屏的有源区的至少一部分重叠。例如，输入装置100可包括覆盖该显示屏的、大体透明的传感器电极，以及为关联的电子系统提供触摸屏界面。该显示屏可以是能向用户显示可视界面的、任何类型的动态显示器，并可包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL），或其他显示技术。输入装置100和显示屏可共用物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的一些用于显示及感测。作为另一示例，显示屏可部分或整个地由处理系统110操作。
应理解，尽管本发明的诸多实施例在完全功能设备的上下文中描述，本发明的机理能够作为采用多种形式的程序产品（例如软件）来被分配。例如，本发明的机理可作为电子处理器可读取的信息承载介质（例如，可由处理系统110读取的、非暂时性计算机可读和/或可记录/可写的信息承载介质）之上的软件程序来实现及分配。另外，无论用于执行分配的介质的特定类型，本发明的实施例同样地适用。非暂时性、电子可读介质的示例包括各种光盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪速、光、磁、全息、或任何其他存储技术。
图2A是依照示例的、描绘电容性传感器装置200A的框图。电容性传感器装置200A包括图1示出的输入装置100的示例实现。电容性传感器装置200A包括传感器电极集合208，其耦合于处理系统110的一个示例实现（称作“处理系统110A”）。正如本文使用的，对处理系统110的一般参照是对图1描述的处理系统或本文描述的其任何其他实施例（例如，处理系统110A、110B等）的参照。
传感器电极集合208布置于衬底202之上，以提供感测区120。传感器电极集合208包括布置于衬底202上的传感器电极。在本示例中，传感器电极集合208包括两批多个传感器电极，从220-1到220-N（统称“传感器电极220”），以及从230-1到230-M（统称“传感器电极230”），其中M和N是大于零的整数。传感器电极220和230由电介质（未示出）分离。传感器电极220和传感器电极230可以不平行。在示例中，传感器电极220与传感器电极230正交布置。
在一些示例中，传感器电极220和传感器电极230可布置在衬底202的独立的层上。在其他示例中，传感器电极220和传感器电极230可布置在衬底202的单一层上。尽管示出传感器电极布置于单个衬底202上，在一些实施例中，传感器电极可布置于多于一个衬底上。例如，一些传感器电极可布置于第一衬底上，而其他的传感器电极可布置于粘附于第一衬底的第二衬底上。
在本示例中，传感器电极集合208以传感器电极220和230示出，传感器电极220和230通常按正交传感器电极的交叉处的矩形网格布置。应理解，传感器电极集合208不限于这样的布置，相反地，其可包括许多传感器图案。尽管传感器电极集合208描绘为矩形，该传感器电极集合208可具有其他形状，诸如圆形。
正如以下所讨论，处理系统110A可依照多个激励方案，包括用于互电容感测（“跨电容性感测”）和/或自电容感测（“绝对电容性感测”）的激励方案，来操作传感器电极220、230。在跨电容性激励方案中，处理系统110A采用发射器信号驱动传感器电极230（传感器电极230是“发射器电极”），并且接收来自传感器电极220的结果信号（传感器电极220是“接收器电极”）。在一些实施例中，传感器电极220可以是发射器电极，而传感器电极230可以是接收器电极。传感器电极230可具有与传感器电极220相同或不同的几何结构。在示例中，相较于更窄并且更稀疏分布的传感器电极220，传感器电极230更宽并且更紧密分布。相似地，在实施例中，传感器电极220可以更宽和/或更稀疏分布。备选地，传感器电极220、230可具有相同的宽度和/或相同的分布。
传感器电极220和传感器电极230分别由导电布线迹线204和导电布线迹线206耦合于处理系统110A。处理系统110A通过导电布线迹线204、206耦合于传感器电极220、230，以实现用于感测输入的感测区域120。传感器电极220中的每个可耦合于布线迹线206中的至少一个布线迹线。同样地，传感器电极230中的每个可耦合于布线迹线204中的至少一个布线迹线。
图2B是依照示例的、描绘电容性传感器装置200B的框图。电容性传感器装置200B包括图1示出的输入装置100的另一个示例实现。在本示例中，传感器电极集合208包括多个传感器电极，从2101,1到210J,K，其中J和K是整数（统称“传感器电极210”）。传感器电极210电容性地耦合于网格电极214。传感器电极210互相之间以及与网格电极214之间欧姆地绝缘。传感器电极210可由间隔216与网格电极214分离。在本示例中，传感器电极210按矩形矩阵图案布置，其中J或K至少一个大于零。传感器电极210可按其他图案布置，诸如环形阵列、重复图案、非重复图案，或相似类型的布置。类似于电容性传感器装置200A，处理系统110A可依照多个激励方案，包括用于跨电容性感测和/或绝对电容性感测的激励方案，来操作传感器电极210和网格电极214。
在一些示例中，传感器电极210和网格电极214可布置在衬底202的独立的层上。在其他示例中，传感器电极210和网格电极214可布置在衬底202的单一层上。传感器电极210可以处于与传感器电极220和传感器电极230相同和/或不同层上。尽管示出传感器电极布置于单个衬底202上，在一些实施例中，传感器电极可布置于多于一个衬底上。例如，一些传感器电极可布置于第一衬底上，而其他的传感器电极可布置于粘附于第一衬底的第二衬底上。
传感器电极210通过导电布线迹线212耦合于处理系统110A。处理系统110A也可通过一个或多个布线迹线（出于清晰起见未示出）耦合于网格电极214。处理系统110A通过导电布线迹线212耦合于传感器电极210，以实现用于感测输入的感测区域120。
参照图2A和2B，电容性传感器装置200A或200B可用于将用户输入（例如，用户手指、诸如触控笔的探针、和/或某个其他外部输入对象）传送至电子系统（例如，计算装置或其他电子装置）。例如，电容性传感器装置200A或200B可作为电容性触摸屏装置，其可以布置于底层图像或信息显示装置之上，来实现。采用这种方法，用户通过传感器电极集合208中大体上透明的元件查看，能观看到底层图像或信息显示。在触摸屏中实现时，衬底202可包括至少一个大体上透明的层（未示出）。传感器电极和导电布线迹线可由大体上透明的导电材料形成。铟锡氧化物和/或细的、几乎不可见的电线仅仅是可用于形成传感器电极和/或导电布线迹线的、大体上透明材料的诸多可能示例中的两个。在其他示例中，导电布线迹线可由不透明材料形成，并且然后隐藏于传感器电极集合208的边缘区域（未示出）中。
在另一个示例中，电容性传感器装置200A或200B可作为电容性触摸垫、滑块、按钮或其他电容传感器实现。例如，衬底202可采用，但不限于，一个或多个透明或不透明的材料实现。同样，透明或不透明的导电材料可用于形成用于传感器电极集合208的传感器电极和/或导电布线迹线。
通常，处理系统110A采用感测信号激励或驱动传感器电极集合208的感测元件，并且测量电感应或结果信号，其包括感测信号和感测区120中输入的效应。本文使用的术语“激励”和“驱动”包含控制被驱动元件的某个电方面。例如，有可能驱动电流通过电线，驱动电荷至导体中、驱动大体上恒定或变化的电压波形至电极上等。感测信号可以是恒定的、大体上恒定的、或者随时间变化的，并且通常包括形状、频率、振幅和相位。感测信号可称作“有源信号”，相对于“无源信号”，诸如地信号或其他参考信号。感测信号在用于跨电容性感测时也可称作“发射器信号”，或者在用于绝对感测时称作“绝对感测信号”或“调制信号”。
在示例中，处理系统110A采用电压驱动传感器电极集合208的感测元件，并且感测在感测元件上所产生的相应电荷。即，感测信号是电压信号，而结果信号是电荷信号（例如，指示积聚电荷的信号，诸如集成电流信号）。电容与所施加电压成正比，与积聚电荷成反比。处理系统110A可确定来自被感测电荷的电容量度。在另一个示例中，处理系统110A采用电荷驱动传感器电极集合208的感测元件，并且感测在感测元件上所产生的相应电压。即，感测信号是引起电荷积聚的信号（例如，电流信号），而结果信号是电压信号。处理系统110A可确定来自被感测电压的电容量度。通常，术语“感测信号”意味着包含驱动电压以感测电荷，和驱动电荷以感测电压，以及可用于获取电容标记的任何其他类型的信号。“电容标记”包括电容能够从其中导出的电荷、电流、电压等的量度。
处理系统110A可包括传感器模块240和确定模块260。传感器模块240和确定模块260包括执行处理系统110A不同功能的模块。在其他示例中，一个或多个模块的不同配置可执行本文描述的功能。传感器模块240和确定模块260可包括电路275，并且也可包括与电路275合作操作的固件、软件、或它们的组合。
传感器模块240依照一个或多个方案（“激励方案”），在一个或多个周期（“激励周期”）内，选择性地驱动感测信号到传感器电极集合208的一个或多个感测元件上。在每个激励周期期间，传感器模块240可选择性地感测来自传感器电极集合208的一个或多个感测元件的结果信号。每个激励周期具有关联的时间段，在该时间段期间感测信号被驱动并且结果信号被测量。
在一种类型的激励方案中，传感器模块240可选择性地驱动传感器电极集合208的感测元件用于绝对电容性感测。在绝对电容性感测中，传感器模块240采用绝对感测信号驱动被选感测元件，并且感测来自被选感测元件的结果信号。在这样的激励方案中，被选感测元件与输入对象之间的绝对电容的量度从结果信号确定。在示例中，传感器模块240可采用绝对感测信号驱动被选传感器电极220，和/或被选传感器电极230。在另一个示例中，传感器模块240可采用绝对感测信号驱动被选传感器电极210。
在另一个类型的激励方案中，传感器模块240可选择性地驱动传感器电极集合208的感测元件用于跨电容性感测。在跨电容性感测中，传感器模块240采用发射器信号驱动被选发射器传感器电极，并且感测来自被选接收器传感器电极的结果信号。在这样的激励方案中，发射器与接收器电极之间跨电容的量度从结果信号确定。在示例中，传感器模块240可采用发射器信号驱动传感器电极230，并且在传感器电极220上接收结果信号。在另一个示例中，传感器模块240可采用发射器信号驱动被选传感器电极210，并且从传感器电极210的其他个接收结果信号。
在任何激励周期中，传感器模块240可采用其他信号，包括参考信号和保护信号，来驱动传感器电极集合208的感测元件。即，那些未采用感测信号来驱动或者未被感测以接收结果信号的、传感器电极集合208的感测元件可以采用参考信号、保护信号、或置于浮动（即，未采用任何信号驱动）来驱动。参考信号可以是地信号（例如，系统地）或任何其他恒定或大体上恒定的电压信号。保护信号可以是与发射器信号的形状、振幅、频率或相位的至少一个相似或者相同的信号。
“系统地”可以指由系统组件共用的公共电压。例如，移动电话的电容性感测系统可，有时，以系统地为参考，其中系统地由电话的电源提供（例如，充电器或电池）。系统地相对于地面或任何其他参考可以不固定。例如，桌上的移动电话通常具有浮动的系统地。由人（其通过自由空间强耦合于地面地）握着的移动电话可相对于人接地，但是该人-地相对于地面地可以是变化的。在诸多系统中，系统地连接于系统中最大面积的电极、或由其提供。电容性传感器装置200A或200B可紧邻这样的系统地电极（例如，定位于地平面或背板上）来定位。
确定模块260基于由传感器模块240获取的结果信号执行电容量度。电容量度可包括元件之间的电容性耦合的改变（也称作“电容的改变”）。例如，确定模块260可确定在不存在输入对象的情况下，元件之间的电容性耦合的基线量度。确定模块260可随后将电容性耦合的基线量度与存在输入对象情况下电容性耦合的量度组合起来，以确定电容性耦合的改变。
在示例中，确定模块260可执行关联于感测区域120特定部分的多个电容量度作为“电容性像素”，以创建“电容性图像”或“电容性帧”。电容性图像的电容性像素代表感测区域120内的位置，在其中可使用传感器电极集合208的感测元件来测量电容性耦合。例如，电容性像素可对应于传感器电极220与受输入对象影响的传感器电极230之间的跨电容性耦合。在另一个示例中，电容性像素可对应于传感器电极210的绝对电容。确定模块260可以使用由传感器模块240获取的结果信号来确定电容性耦合变化的阵列，以产生形成电容性图像的电容性像素的x×y阵列。电容性图像可使用跨电容性感测获得（例如，跨电容性图像），或者使用绝对电容性感测获得（例如，绝对电容性图像）。采用这种方法，处理系统110A可捕获电容性图像，其为相对于感测区域120中的输入对象测得的响应的快照。给定的电容性图像可包括感测区域内的所有电容性像素，或者仅电容性像素的子集。
在另一个示例中，确定模块260可执行关联于感测区域120特定轴的多个电容量度，以创建沿该轴的“电容性概图”。例如，确定模块260可以确定沿轴的绝对电容性耦合变化的阵列，其中该轴由传感器电极220和/或传感器电极230定义，以产生电容性概图。电容性耦合变化的阵列可包括许多点，其少于或等于沿给定轴的传感器电极的数量。
由处理系统110A得到的电容的量度，诸如电容性图像或电容性概图，使能接触、悬停、或相对于由传感器电极集合208形成的感测区域的其他用户输入的感测。确定模块260可利用电容的量度来确定关于用户输入相对于由传感器电极集合208形成的感测区域的位置信息。确定模块260可附加地或备选地使用此类量度来确定输入对象大小和/或输入对象类型。
图3A是依照示例的、混合动态范围处理系统300的框图。如图所示，该混合动态范围处理系统300包括耦合于传感器电极302的电荷积分器304，精细信号处理单元306，和补偿单元308。传感器电极302可以是以上关于图2A-2B描述的传感器电极210、220、230中的任一个。电荷积分器304、精细信号处理单元306、和补偿单元308中的任一个或全部可包括在以上关于图1-2B所描述的处理系统110内。
如上所述，传感器电极302由感测信号驱动，以感测输入对象140的存在。作为响应，传感器电极302向电荷积分器304提供信号。电荷积分器304通过对在特定时间段期间由电荷积分器304从传感器电极302接收到（或从中提取）的电荷量进行积分，将从传感器电极302接收到的连续模拟信号转换成采样模拟信号。该时间段可以是驱动传感器电极302用于电容性感测的、驱动信号的半周期内的积分时间段。采样模拟信号被进一步处理以导出输出信号，其指示传感器电极302的电容，其由输入对象140（如果存在的话）修改。
电荷积分器304具有动态范围，其为由传感器电极302向电荷积分器304提取或提供的电荷的范围，在该范围内电荷积分器304的输出电压线性地响应。这个范围之外，电荷积分器304的输出电压不线性地响应。在电荷积分器304在其动态范围之外工作时，该电压可以“定轨 (rail)”或者保持在向电荷积分器304供电的电源电压之一。在其动态范围之外工作的情况在本文可称作电荷积分器304被“饱和”或工作“在饱和中”。
除其他以外，电荷积分器304的动态范围取决于电荷积分器304的内部反馈电容。较大的反馈电容增加动态范围而较小的反馈电容减小动态范围。
尽管增加电荷积分器304的反馈电容使电荷积分器304的动态范围增加，更大的电容器占据了集成电路上更大的空间量。因此，提供精细信号处理单元306和补偿单元308，使得为电荷积分器304提供反馈电容的电容器可以做得更小，以减少处理系统110内电荷积分器304占据的空间量。
补偿单元308执行多个功能，来协助补偿电荷积分器304被减小的动态范围。特别地，补偿单元308对输入节点309移除或增加电荷，以防止电荷积分器工作在饱和中。补偿单元308增加或移除同样大小的电荷、离散的电荷“块”。增加或移除电荷的元件（例如，补偿单元308）可以具体化为电路，其不管输入节点309上的电压而增加或移除相同量的电荷，从而独立于该电压进行工作。补偿单元308也记录从输入节点309增加或移除了多少电荷作为“粗略输入信号”，并且，与精细信号处理单元306处理关联于输入节点处电荷的更精细量度的精细输入信号相并行地，处理该粗略输入信号。精细输入信号可以被看作在补偿单元308增加或减去电荷固定次数之后的“剩余部分”。来自粗略和精细处理的结果相加在一起以获得最终输出信号，其好像电荷积分器304中的反馈电容器足够大以致为从传感器电极302输入的特定信号供应足够大的动态范围一样。
在操作中，在任何特定的感测半周期期间，补偿单元308检测电荷积分器304的输出是否高于高阈值或低于低阈值。这些阈值可以是任何值，但是更优选地为用于检测电荷积分器304何时接近于，或者是，工作在饱和中的值。从而，阈值可能接近指示电荷积分器304何时将要从线性地工作转变到工作在饱和中的最大及最小值。
当补偿单元308检测到电荷积分器304的输出高于高阈值或低于低阈值时，补偿单元308向电荷积分器304的输入309增加电荷或者从其移除电荷。通过改变输入309处的电荷量，补偿单元308将电荷积分器304从工作在饱和中（或者接近工作在饱和中）移动到更靠近其动态范围的中间来工作。
补偿单元308由快速时钟312计时，它比传感器电极302以其来驱动的信号的频率更快。这个快速时钟312的目的是使得，如果期望的话，在感测半周期内电荷可以多次地从输入节点309移除（或向其增加）。在每个半周期期间，补偿单元308记录在那个半周期期间电荷增加至输入309或从其移除的次数的计数。补偿单元308通过将该计数乘以每次增加或移除的电荷量，来确定从输入309移除或向其增加的电荷的总量。该值在本文中称作粗略电荷值或粗略感测结果。
当补偿单元308不再检测到电荷积分器304的输出高于高阈值或低于低阈值时，补偿单元308对粗略感测结果执行处理，以获得粗略逻辑输出。同样在这时，精细信号处理单元306从电荷积分器304接收输出信号，并且对该输出信号执行处理，以获得数字精细逻辑输出。补偿单元308接收数字精细逻辑输出并且将精细逻辑输出加至粗略逻辑输出，以获得最终输出，其代表由传感器电极302向电荷积分器304输出或提取的电荷量。注意，由补偿单元308和精细信号处理单元306执行的处理可包括解调、滤波、和/或其他类型的处理。该处理可对粗略电荷值和由精细信号处理单元306所处理的精细值进行。
更具体地，补偿单元308和精细信号处理单元306两者分别对粗略和精细信号执行某种信号处理。该信号处理将是，将从电荷积分器304接收到的信号转换成更有用于指示传感器电极302的电容的格式所期望的、任何种类的处理。例如，信号处理可包括解调和滤波器。补偿单元308对粗略电荷值执行该处理，并且精细信号处理单元306，在补偿单元308不再检测那个信号高于或低于阈值之后，对从电荷积分器304接收到的信号执行类似的处理。因此，对粗略值和精细值两者都执行类似的处理。该处理的输出可以简单地加在一起，以获得结合来自粗略和精细值的信息的单一结果。
概念上，补偿单元308可被看作增加或改进电荷积分器304的动态范围，或者备选地，看作对电荷积分器304工作或者将要工作在饱和中时的情况进行补偿。当电荷积分器304工作或者将要工作在饱和中时，通过从输入309增加或移除电荷，补偿单元308有效地提供输入电荷值的附加范围，在其中电荷积分器304能够线性工作。进一步地，通过处理粗略感测结果并且将那些所处理结果加至由精细信号处理单元306生成的精细感测结果，补偿单元308能够产生单一输出值，其指示由传感器电极302输出或提取的电荷量。
补偿单元308另外的好处是补偿单元308能够校准精细信号处理单元306。更具体地，尽管其指示在积分时间段内在输入节点309接收到的电荷总量，来自电荷积分器304的输出信号没有被校准到在输入节点309接收到的实际电荷量。由于补偿单元308按离散块从输入节点309增加或移除电荷，补偿单元308能够帮助将在电荷积分器304的输出值关联到在输入节点309的实际电荷量。该过程在本文中称作“校准”或“自校准”。在其他实施例中，精细信号处理单元306可以用来校准粗略信号处理单元。
为执行该校准，补偿单元308在传感器电极302未被驱动用于电容性感测时，向输入309增加电荷或从其移除电荷。精细信号处理单元306接收来自电荷积分器304的输入，并且将该输入转换成数字值，其被输出至补偿单元308。在该校准期间，精细信号处理单元306没有对从电荷积分器304接收到的信号执行任何处理（诸如解调和滤波），而只将该信号转换成数字值。补偿单元308储存该数字值作为校准值。校准值将来自精细信号处理单元306的数字值关联到每次电荷被增加或减少时由补偿单元308增加或减少的电荷量。例如，如果，在补偿单元308向输入309增加电荷用于自校准时，精细信号处理单元306输出值100，则校准值将该值100与当补偿单元308向输入309增加电荷时被增加的电荷量相关联。如果每次由补偿单元308增加或减少的电荷量已知，则补偿单元308能够直接储存来自精细信号处理单元306的值与电荷之间的关联。
图3B是依照示例的、示例混合动态范围处理系统350的电路图，该示例混合动态范围处理系统350是图3A中混合动态范围处理系统300的一种实现。混合动态范围处理系统350包括耦合于传感器电极352的电荷积分器354，精细信号处理单元365，和补偿单元361。电荷积分器354是电荷积分器304的实现。精细信号处理单元365是精细信号处理单元306的实现，而补偿单元361是补偿单元308的实现。
电荷积分器354包括运算放大器356、反馈电容器358（其耦合于运算放大器356的输出与同相输入之间），和复位开关360，其与反馈电容器358并联耦合。运算放大器356的反相输入耦合于参考电压。精细信号处理单元365包括精细信号处理模块366和模拟数字转换器368。补偿单元361包括高电压比较器362、低电压比较器364、粗略处理单元370，和电荷修改单元372。
在操作中，处理系统110（图1-2B）采用信号驱动传感器电极352用于电容性感测，该信号标记为“TX”用于表示“发射器”。注意，尽管感测被描述为跨电容性感测，绝对感测也是可能的。响应以信号驱动，传感器电极352将电荷流向电荷积分器354（或者从其提取电荷，取决于发射器信号的极性）。
输入节点351处的电荷改变引起输入节点351处的瞬态电压改变。该瞬态电压改变由运算放大器356的作用来修正。更具体地，通过反馈电容器358的反馈将输入节点351返回至虚拟地。运算放大器356的输出的极性是当前半周期内发射器信号的极性的相反。因此，如果发射器信号是高电压，运算放大器356的输出是低电压，而如果发射器信号是低电压，运算放大器356的输出是高电压。
如上所讨论，电荷积分器354具有动态范围，在其中电荷积分器线性地工作，而在其之外电荷积分器354被认为处于饱和中。动态范围是值的范围，在该值的范围中运算放大器356的输出能够补偿输入节点351处电荷的增加或减少。在电荷的某个最大或最小量，运算放大器356的输出电压大体上等于电源或运算放大器356的接地电压。进一步的电压增加或减少是不可能的，因此跨反馈电容器358的反馈机制不能进一步补偿输入节点351处的电荷增加或减少的改变。在这时，输入节点351处的电压不再保持在虚拟地并且开始增加或减少。
混合动态范围处理系统350在运算放大器356的输出处于工作在饱和中的危险时，通过从输入节点351增加或减少电荷，来帮助改进电荷积分器354的动态范围。每一次电荷从输入节点351增加或减去，电荷积分器354就被带向更靠近其动态范围的中间。
注意，电荷积分器354在发射器信号从低向高或从高向低转变之前，由复位开关360复位。因此，跨反馈电容器358的电压差减少到零。此后，发射器信号转换极性并且再次驱动传感器电极352。
来自电荷积分器354的输出信号提供给精细信号处理单元365和补偿单元361。在补偿单元361内，高电压比较器362和低电压比较器364都接收该输出信号。高电压比较器362是运算放大器，其具有耦合于高参考电压的同相输入和耦合于来自电荷积分器354的输出的反相输入。当该输出低于高参考电压时，高电压比较器362向粗略处理单元370输出逻辑上高。低电压比较器364是运算放大器，其具有耦合于低参考电压的反相输入和耦合于来自电荷积分器354的输出的同相输入。当该输出高于低参考电压时，低电压比较器364向粗略处理单元370输出逻辑上高。高电压比较器362和低电压比较器364都由快速时钟312（图3A）计时。其意味着，假设相应电压比较器条件被满足，这些比较器的每一个的输出每快速时钟周期发出一次。注意，选用术语“高参考电压”和“低参考电压”来对应于输入节点351的极性，而不是运算放大器356的输出的极性。因此，高电压比较器362指示何时输入节点351处的电压过高，而低电压比较器364指示何时输入节点351处的电压过低。
粗略处理单元370执行三个功能：基于比较器362、364的输出，控制电荷修改单元372从输入节点351增加或移除电荷；记录粗略感测结果，其等于在感测半周期内电荷修改单元372向输入节点351增加电荷或从其移除电荷的次数；以及处理粗略感测结果和来自精细信号处理单元365的精细感测结果以生成输出。
当粗略处理单元370从高电压比较器 362接收高值，粗略处理单元370控制电荷修改单元372从输入节点351减去电荷（由于，如上所述，高电压比较器362指示何时输入节点351处的电压过高），并且递增电荷从输入节点351减去的次数的计数。该计数可以储存为正值，因为输入节点351处的电荷为高。例如，如果电荷被减去五次，计数为+5。类似地，当粗略处理单元370从低电压比较器364接收高值，粗略处理单元370控制电荷修改单元372向输入节点351增加电荷，并且递增电荷被加到输入节点351的次数的计数。该计数可以储存为负值，因为输入节点351处的电荷为低。例如，如果电荷被增加五次，计数为-5。由向输入节点351增加电荷或从其减去电荷而产生的计数在本文中称作电荷修改计数。
当高电压比较器362和低电压比较器364都不输出高信号，粗略处理单元370确定没有电荷需要向输入节点351增加或从其减去。在这时，粗略处理单元370确定在当前感测半周期内增加至输入节点351或从其减去的电荷的总量。为确定增加至输入节点351或从其减去的电荷的总量，粗略处理单元370将电荷修改计数乘以每次电荷从输入节点351增加或减去时所增加或所减去的电荷量。该结果是电荷修改量。每次所增加或所减去的电荷量可以基于电荷修改单元372的特性确定，下文进一步详细描述其中一些示例。电荷修改单元372可以具体化为电路，其不管输入节点351处的电压而增加或移除相同量的电荷，从而独立于运算放大器356的反相输入处的电压进行工作。
精细信号处理单元365和粗略处理单元370都执行信号处理。精细信号处理单元365对来自电荷积分器354的输出（其存在于补偿单元361确定没有更多电荷应该被增加或移除之后）执行信号处理。该信号处理包括解调和滤波，以及模拟数字转换。尽管模拟数字转换器368描绘为在精细信号处理模块366之后（意味着精细信号处理模块366在模拟域内执行处理），模拟数字转换器368可以在精细信号处理模块366之前（意味着精细信号处理模块366可在数字域内执行处理）。精细信号处理单元365向粗略处理单元370提供处理过的输出。
粗略处理单元370对电荷修改量执行处理，包括解调和滤波，以生成粗略逻辑输出。粗略处理单元370也将粗略逻辑输出加至处理过的精细信号，以生成处理过的信号输出，其为代表由传感器电极352提取或提供的电荷量的数字值。
在半周期末，在这个处理过的信号输出被生成之后，电荷积分器354闭合复位开关360，以准备下一次感测半周期。粗略处理单元370也将从输入节点351减去或向其增加电荷的次数的计数复位。
现在提供针对将粗略逻辑信号加至精细逻辑信号与采用更大反馈电容器358处理来自电荷积分器354的单一信号之间等效的数学解释。对于来自具有大反馈电容器358的电荷积分器354的单一信号（“未分离信号”Q[n]），该信号如下被解调与滤波：
Q[n]：“未分离信号”：来自电荷积分器的单一信号
x Q [n]：解调信号
y Q [n]：滤波后的、解调信号
a i 、b i ：滤波常数
采用本文公开的技术，Q[n]被有效地分成粗略信号D[n]和精细信号q[n]。这些信号如下被解调和滤波：
如下为用于粗略和精细信号的滤波后的、解调信号的总和：
因此，滤波后的、解调未分离信号等效于滤波后的、解调粗略和精细信号的总和。
图4是依照示例的、描述混合动态范围处理系统350内的各种信号的图。信号包括发射器信号（“TX”）、电荷积分器输出信号（“Vout”）、对应于电荷积分器354的运算放大器356的反相输入的信号（V-）、对应于高电压比较器362的输出的信号（“H”）、对应于低电压比较器364的输出的信号（“L”）、对应于电荷修改单元372的信号（“∆q”）、和对应于复位开关360的信号。应当注意，在一些情况下，图4的图是一些实施例中预期波形的估计，并且没有将所公开的发明限定到对应实现。
一起参考图3和图4，发射器信号采用驱动信号来驱动传感器电极352用于电容性感测。图4示出发射器的一个完整周期，其中发射器信号从低转变到高随后从高转变到底。在由高到低与由低到高转变之间的时间段称作半周期。
在图4所示的第一半周期内，在发射器信号从低转变到高之后，电荷跨传感器电极352被供给到运算放大器356的输入节点351。该电荷储存在反馈电容器358中，导致输入节点351处的电压增加，该电压依赖于跨传感器电极352推动的电荷量并且也依赖于反馈电容器358的电容。由于运算放大器356的同相输入处的电压增加，运算放大器356的输入处的电压之间的差减少，从而在图400中反映为Vout的输出减少。在某个时候，该输出电压降到高参考电压Vrefhi以下，这触发高电压比较器，其在图400中反映为“H”，被置高。该高电压比较器导致电荷修改单元372（其活动以标注“∆q”的图来指示）从输入节点351移除电荷。在V-的电压稍微减少。然而，在移除电荷之后，Vout仍然低于Vrefhi，高电压比较器362导致粗略电荷修改单元372再一次从输入节点351移除电荷。此时，Vout升高至高于Vrefhi，因此Vrefhi不再导致粗略电荷修改单元372从输入节点351移除电荷。V-再次减少，并且稳定在虚拟地（以点状水平线指示），这指示运算放大器356正在线性工作。
粗略处理单元370记录电荷在半周期内已经从输入节点351减去两次，因此记录电荷修改计数为+2。粗略处理单元370将该值看作数字值，并且对该值执行数字处理，以获取粗略逻辑输出。精细信号处理单元365处理电压Vout作为精细值，该电压由从输入节点351减去电荷导致。因此，精细信号处理单元365对该信号执行解调和滤波，以获取精细逻辑输出。粗略处理单元370将精细逻辑输出加至粗略逻辑输出以获取最终输出值。
第一半周期之后，发射器信号从高转变到低，并且重复以上描述的过程，但是以相反的极性。更具体地，Vout转变到高值。当低电压比较器364检测到Vout高于低参考电压Vreflo，电荷修改单元372向输入节点351增加电荷，导致输入节点351处的电压增加。电荷修改单元372向输入节点351再一次增加电荷，这时Vout下降到低于Vreflo。此时，粗略处理单元处理（解调和滤波）电荷修改计数-2，以生成粗略逻辑输出。当Vout不再高于Vreflo时，精细信号处理单元365处理（解调、滤波，并且转换成数字值）Vout处的值，以生成精细逻辑输出，并且向粗略处理单元370提供该精细逻辑输出。粗略处理单元将粗略逻辑输出加至精细逻辑输出，以生成最终输出用于示出的第二半周期。
注意，在每次发射器信号转变之前，复位信号（对应于复位开关360）被断言，其消除运算放大器356的反相输入和输出之间的电压差，从而在发射器信号转变前将电压Vout置到中间值。
电荷修改单元实现
如上所述，电荷修改单元372从输入节点351增加或移除一定量电荷。电荷修改单元372可以按多种不同方式实现，现在讨论其中一些。
电荷修改单元372的一个实现是电流源和变换器（sink），其能够被操作达固定量的时间。电流源和变换器提取或提供固定电流。通过操作电流源和变换器达固定量的时间，固定量的电荷被提供给输入节点351或从其提取。
电荷修改单元372的另一个实现是开关电容器，其在一端通过开关耦合于输入节点511，而在另一端通过两个开关选择性地耦合于电源电压和接地电压（“轨电压”）。为增加电荷，至电源的开关闭合，而至输入节点351的开关和至地的开关打开。某一时间段之后，至电源的开关打开，而至输入节点351的开关闭合。为移除电荷，至地的开关闭合，而至输入节点351的开关和至电源的开关打开。某一时间段之后，至地的开关打开而至输入节点351的开关闭合。
耦合于电流镜的电容器的从动电流传送器，也能用作电荷源和变换器。在这样的实现中，电容器由信号驱动。信号导致电容器向电流传送器核心供给电流或从其提取电流。电流镜反射来自电流传送器核心的电流，并且该电流被施加至输入节点351。
电荷修改单元372也可以是直接电荷传输电路。直接电荷传输电路将相关于图5更详细地讨论。基于缓冲的电荷移除技术也可以用作电荷修改单元372。基于缓冲的电荷移除技术将相关于图6更详细地讨论。
图5是依照示例的、可作为图3B中电荷修改单元372使用的直接电荷传输电路500的图示。直接电荷传输电路500包括运算放大器502，其对应于图3B中的运算放大器356；反馈电容器508，其对应于图3B中的反馈电容器358；直接电荷传输电容器（“Cd”）506；传感器电容器（“Ct”）510，其对应于图3B中的传感器电极352。出于简单性，未示出复位开关。应理解，其他直接电荷传输电路可代替，或附加，图5中所描述的那个来使用。
直接电荷传输电路500如下工作。直接传输电容器506以特定的电荷充电。为对直接电荷传输电容器506充电，电荷修改单元372操作开关503和开关504，使得电容器Cd 506耦合于+Vd和-Vd。这采用电荷qd对Cd充电：
q d = -2C d ∙ V d
当以发射器信号驱动传感器电容器510时，反馈电容器508储存电荷qfb。忽略寄生效应，并且假设运算放大器502的反相输入处的电压小于同相输入处的电压，以及运算放大器502的输出的电压接近正电源轨Vd（具体地，Vd-∆V），电荷qfb是：
随后操作开关503，通过将Cd 506耦合于输入节点511，从电容器Cd 506向输入节点511增加电荷。电荷从电容器Cd 506流向输入节点511，增加511处的电荷。此时，Cfb和Cd上的电压是：
如果Cd=γCfb，其中γ < 1（但是未必小），则：
则Cfb上电压的改变是：
图6是依照示例的、可作为图3B中电荷修改单元372使用的、基于缓冲的电荷传输电路600的图示。基于缓冲的电荷传输电路600包括缓冲运算放大器608、第一开关607、第二开关610、和电荷改变电容器Cd 612。
为增加或移除电荷，开关607开始在位置φ1。缓冲运算放大器608的输出与V-相同。随后，开关607移动到位置φ2，并且开关610从位置φ1’移动到φ2’。这导致电流流经电容器Cd 612，从输入节点603提取电荷或向其增加电荷。
图7是依照示例的、处理信号的方法700的流程图，该信号从以感测信号驱动的电容性触摸传感器接收。尽管方法步骤结合关于图1-6所述的系统来描述，本领域技术人员将理解，配置成，按各种可行的备选顺序，执行该方法步骤的任何系统，落入本公开的范围内。注意，此方法700在发射器信号的半周期期间被执行。
如所示，方法700开始于步骤702，其中处理系统110以驱动信号驱动传感器电极302用于感测输入对象140的存在。在步骤704，电荷积分器304对耦合于传感器电极302的输入节点309处的电荷改变进行积分。在步骤706，补偿单元308检测电荷积分器输出是否在范围之外。在步骤708，如果电荷积分器304在该范围之外，则方法前进到步骤710，其中补偿单元308修改输入节点309处的电荷。步骤710之后，方法700返回步骤708。如果在步骤708，电荷积分器304不在该范围之外，则方法700前进到步骤712。在步骤712，补偿单元308基于在输入节点309处电荷被修改的次数，计算粗略感测结果。精细信号处理单元306也从电荷积分器304的输出获取精细感测结果。在步骤714，精细信号处理单元306和补偿单元308对精细感测结果和粗略感测结果执行相似信号处理，以分别生成精细逻辑输出和粗略逻辑输出。该相似信号处理可包括，例如，滤波和解调。在步骤716，补偿单元308将粗略逻辑输出和精细逻辑输出相加以生成处理过的信号输出。
有益地，提供处理电路，其包括补偿单元，补偿单元通过向电荷积分器的输入节点增加或减去所需的电荷，补偿电荷积分器动态范围内的减少。这允许电荷积分器的反馈电容器尺寸减小，从而减少分配给电荷积分器的面积量。通过与精细信号并行地处理“粗略”信号，其关联于电荷被增加或移除的次数，处理电路产生好像反馈电容器尺寸没有减小一样的结果。
因此，提出本文阐述的实施例和示例以便最好地解释本发明和其特定应用，从而使得本领域技术人员能够实现并使用本发明。然而，本领域技术人员将认识到，前述描述和示例仅为了例示和示例的目的而提出。所阐述的描述并不意在是穷举性的或将本技术限定到所公开的精确形式。

Claims (20)

1.一种用于处理信号的处理系统，所述信号从由感测信号驱动的电容性触摸传感器接收，所述处理单元包括：
电荷积分器，其在第一节点耦合于所述电容性触摸传感器；
精细信号处理单元，其配置成对所述电荷积分器的输出执行信号处理，以生成精细逻辑输出；以及
补偿单元，其配置成：
在所述感测信号的感测半周期期间，按电荷的离散量从所述第一节点减去电荷或者向所述第一节点增加电荷，
对粗略感测结果上执行信号处理，所述粗略感测结果基于在所述感测半周期期间向所述第一节点增加或者从所述第一节点减去的电荷，以生成粗略逻辑输出，以及
将所述粗略逻辑输出加到所述精细逻辑输出，以生成处理过的信号输出。
2.如权利要求1所述的处理系统，其中所述补偿单元包括：
高电压比较器，其配置成将所述电荷积分器的输出与高参考电压比较，并且输出高电压比较信号；
低电压比较器，其配置成将所述电荷积分器的输出与低参考电压比较，并且输出低电压比较信号；以及
电荷修改单元，其配置成：
当所述低电压比较信号指示所述电荷积分器的所述输出低于所述低电压参考信号时，从所述第一节点减去电荷，以及
当所述高电压比较信号指示所述电荷积分器的所述输出高于所述高电压参考信号时，从所述第一节点增加电荷。
3.如权利要求2所述的处理系统，其中：
所述电荷修改单元包括电流传送器、开关电容器、电流源、和直接电荷传输单元。
4.如权利要求3所述的处理系统，其中：
所述电荷修改单元独立于所述电荷积分器的反相输入端的电压进行工作。
5. 如权利要求1所述的处理系统，其中所述精细信号处理单元包括：
一个或多个精细信号处理元件，其配置成处理所述电荷积分器的所述输出；以及
模拟数字转换器，其配置成将所述精细信号处理元件的输出转换成所述精细逻辑输出。
6. 如权利要求1所述的处理系统，其中所述精细信号处理单元包括：
模拟数字转换器，其配置成将所述电荷积分器的所述输出转换成数字电荷积分器输出；以及
一个或多个精细信号处理元件，其配置成处理所述数字电荷积分器输出以生成所述精细逻辑输出。
7. 如权利要求1所述的处理系统，其中：
所述粗略感测结果包括数字值；并且
所述补偿单元配置成通过将感测半周期期间电荷被增加或移除的次数乘以每次增加或移除的电荷量，来计算所述粗略感测结果。
8.如权利要求1所述的处理系统，其中所述补偿单元配置成通过以下方式执行自校准：
在所述电容性触摸传感器未由感测信号驱动时，从所述第一节点减去所述电荷的离散量或者向所述第一节点增加所述电荷的离散量；
从所述精细信号处理单元接收自校准值，其指示对应于所述电荷的离散量的、所述电荷积分器的输出的变化；以及
将所述自校准值储存在自校准储存值单元内。
9.如权利要求8所述的处理系统，其中：
对所述粗略感测结果执行所述信号处理包括将感测半周期期间电荷被增加或移除的次数乘以所述自校准值，以生成所述粗略感测结果。
10.一种用于处理信号的方法，所述信号从由感测信号驱动的电容性触摸传感器接收，所述方法包括：
通过电荷积分器，在耦合于所述电容性触摸传感器的第一节点处对电荷进行积分；
在所述电荷积分器的输出执行信号处理，以生成精细逻辑输出；
在所述感测信号的感测半周期期间，按电荷的离散量从所述第一节点减去电荷或者向所述第一节点增加电荷；
对粗略感测结果执行信号处理，所述粗略感测结果基于在所述感测半周期期间向所述第一节点增加或者从所述第一节点减去的电荷，以生成粗略逻辑输出；以及
将所述粗略逻辑输出加到所述精细逻辑输出，以生成处理过的信号输出。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
当所述电荷积分器的输出低于低参考电压时，从所述第一节点减去电荷；
当所述电荷积分器的所述输出高于高参考电压时，向所述第一节点增加电荷；以及
当所述电荷积分器的所述输出既没有低于所述低参考电压也没有高于所述高参考电压时，抑制在所述第一节点修改电荷。
12.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
处理所述电荷积分器的输出，其中所述处理包括生成数字精细逻辑输出。
13. 如权利要求10所述的方法，其中：
所述粗略感测结果包括数字值；并且
所述方法进一步包括通过将在感测半周期期间电荷被增加或移除的次数乘以每次增加或移除的电荷量，来计算所述粗略感测结果。
14.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
通过以下方式执行自校准：
在所述电容性触摸传感器未由感测信号驱动时，从所述第一节点减去所述电荷的离散量或者向所述第一节点增加所述电荷的离散量；
从所述精细信号处理单元接收自校准值，其指示对应于所述电荷的离散量的、所述电荷积分器的输出的变化；以及
将所述自校准值储存在自校准储存值单元内。
15.如权利要求14所述的方法，其中：
对所述粗略感测结果执行所述信号处理包括将感测半周期期间电荷被增加或移除的次数乘以所述自校准值，以生成所述粗略感测结果。
16. 一种输入装置，包括：
电容性触摸传感器；以及
处理单元，耦合于所述电容性触摸传感器并且包括：
电荷积分器，其在第一节点耦合于所述电容性触摸传感器；
精细信号处理单元，其配置成对所述电荷积分器的输出执行信号处理，以生成精细逻辑输出；以及
补偿单元，其配置成：
在所述感测信号的感测半周期期间，按电荷的离散量从所述第一节点减去电荷或者向所述第一节点增加电荷，
对粗略感测结果执行信号处理，所述粗略感测结果基于在所述感测半周期期间向所述第一节点增加或者从所述第一节点减去的电荷，以生成粗略逻辑输出，以及
将所述粗略逻辑输出加到所述精细逻辑输出，以生成处理过的信号输出。
17.如权利要求16所述的输入装置，其中所述补偿单元包括：
高电压比较器，其配置成将所述电荷积分器的输出与高参考电压比较，并且输出高电压比较信号；
低电压比较器，其配置成将所述电荷积分器的输出与低参考电压比较，并且输出低电压比较信号；以及
电荷修改单元，其配置成：
当所述低电压比较信号指示所述电荷积分器的所述输出低 于所述低电压参考信号时，从所述第一节点减去电荷，以及
当所述高电压比较信号指示所述电荷积分器的所述输出高于所述高电压参考信号时，从所述第一节点增加电荷。
18.如权利要求17所述的输入装置，其中：
所述电荷修改单元包括电流传送器、开关电容器、电流源、和直接电荷传输单元其中之一。
19.如权利要求18所述的输入装置，其中：
所述电荷修改单元独立于所述电荷积分器的反相输入端的电压进行工作。
20. 如权利要求16所述的输入装置，其中所述精细信号处理单元包括：
一个或多个精细信号处理元件，其配置成处理所述电荷积分器的所述输出；以及
模拟数字转换器，其配置成将所述精细信号处理元件的输出转换成所述精细逻辑输出。
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