CN106201124B - 移动设备中接近和触摸检测的改进的精确性的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及移动设备中接近和触摸检测的改进的精确性的方法和设备。一种移动设备具有接近传感器。确定所述接近传感器的补偿值。将补偿值与参考补偿值比较以确定补偿值的有效性。测量所述接近传感器的电容。基于补偿值而调节所述接近传感器的电容值。计算定义所述接近传感器的电容与移动设备的温度之间的关系的系数。温度传感器耦合到所述接近传感器。测量移动设备的温度。基于所述系数和移动设备的温度而调节所述接近传感器的电容值。将经调节的电容值与阈值电容值比较以确定对象对移动设备的接近。通过检测接近而调节射频信号。

Description

移动设备中接近和触摸检测的改进的精确性的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及传感器，并且更具体地涉及移动设备中接近（proximity）和触摸检测的改进的精确性的方法和设备。
背景技术
智能电话和其它移动设备已经迅速变得在全世界范围内无处不在。通常在餐厅、在等候室中或在街角看到使用中的移动电话和平板计算机。移动设备被用于玩游戏、拍照、聆听音乐、社交联网或简单地经由内置麦克风和扬声器与另一个人交谈。
移动设备通过使家庭和朋友保持通信、允许将任何时刻捕捉为照片或视频，并且提供在紧急情况下联系某人的手段而丰富了生活。同时，移动设备对用户构成某些危险。当驾驶员被传入的文本消息或进行中的电话呼叫所分心时发生事故。行人由于更密切关注移动设备而不是附近的交通而受伤或被杀。此外，存在从移动设备发出的辐射将被人体吸收并且导致对用户健康的破坏的潜在可能。
图1a图示了移动设备10。移动设备10是触摸屏平板蜂窝式（蜂窝）电话。在其它实施例中，移动设备10是平板计算机、寻呼机、GPS接收器、智能手表或其它可穿戴计算机、膝上型计算机、手持游戏控制台或能够无线电通信的任何其它设备。
移动设备10包括在移动设备的前侧上的触摸屏12。触摸屏12用于显示图形用户界面（GUI）。触摸屏12上的GUI向用户呈现如由移动设备10的操作系统确定的反馈、通知和其它信息。触摸屏12对来自移动设备10的用户的身体部分的物理触摸敏感。触摸屏12利用电阻、电容、声波、红外格栅、光学成像或其它方法来确定用户的触摸的存在和位置。
在移动设备10的一个常见使用场景中，触摸屏12将按钮显示为GUI的部分，并且用户触摸触摸屏上的按钮的位置以执行与按钮相关联的动作。在一个实施例中，触摸屏12显示3x4电话小键盘（keypad）。用户通过在其中显示要拨号的期望号码的位置处触摸触摸屏12来在所显示的小键盘上拨号电话号码。触摸屏12显示字母数字或其它键盘连同电话小键盘或作为对电话小键盘的替换，其中用户在要在触摸屏上所显示的文本输入字段中录入的字母、数字或符号的位置中触摸屏幕。触摸屏12还用于观看所下载或流式传输的视频，或玩游戏，其中用户的触摸控制视频的回放或游戏的玩耍。在一些实施例中，当触摸屏的显示组件被禁用时，触摸屏12对用户的触摸敏感。当聆听音乐时，用户通过在屏幕12上绘制符号来暂停音乐，或者前进到下一音轨，即使在触摸屏上没有显示任何事物。
按钮14为触摸屏12提供可替换的用户输入机制。按钮14执行取决于在移动设备10上运行的操作系统的编程的功能。在一个实施例中，按钮14将触摸屏12上的GUI返回到主屏幕，回到先前的GUI屏幕，或者在GUI上打开菜单。在其它实施例中，按钮14的功能基于在触摸屏12上显示的上下文而改变。
扬声器16向移动设备10的用户提供可听反馈。当移动设备10接收到传入消息时，扬声器16产生可听通知声音以提醒用户所接收到的消息。传入电话呼叫导致来自扬声器16的响铃声音以提醒用户。在其它实施例中，当接收到传入电话呼叫时，经由扬声器16播放经由触摸屏12上的GUI可选择的音乐铃声。当移动设备10被用于参与电话呼叫时，移动设备的用户对麦克风17说话，同时通过扬声器16再生（reproduce）另一对话参与者的语音。当用户观看电影或玩游戏时，与电影或游戏相关联的声音由扬声器16产生以供用户听到。
前置（front facing）摄像机18向移动设备10的操作系统提供视觉反馈。摄像机18创建面向触摸屏12的区域的数字图像。在运行在移动设备10上的视频聊天应用中使用摄像机18以在对话期间捕捉用户面部的视频。移动设备10向另一位置中的另一移动设备发射用户的视频，并且接收使用另一移动设备的另一人员的流视频，所述流视频显示在触摸屏12上。摄像机18还用于自拍或拍取其它图片。当摄像机18用于拍取图片时，触摸屏12显示由摄像机捕捉的图像使得触摸屏是电子取景器。所捕捉到的照片存储在移动设备10内的存储器上以供随后在触摸屏12上进行查看、在社交网络上分享或备份到个人计算机。
外壳20为移动设备10的内部组件提供结构支撑和保护。外壳20由坚固的塑料或金属材料制成以承受如果直接暴露则导致对移动设备10内的电路板和其它组件的伤害的环境危害。在一个实施例中，与触摸屏12相对的外壳20的面板可移除以暴露诸如订户标识模块（SIM）卡、闪速存储器卡或电池之类的移动设备10的可互换部分。外壳20包括触摸屏12之上的透明玻璃或塑料部分，其在允许通过外壳感测到用户的触摸的同时保护触摸屏免受环境因素损害。
图1b图示了作为电话而操作移动设备10的用户30。外壳20的一部分被移除以图示移动设备10内的天线32。用户30将具有扬声器16的移动设备10握持在用户的耳朵上。麦克风17定向为朝向用户30的嘴部。当用户30说话时，麦克风17检测和数字化用户的语音以供向用户正在与之说话的人员传输。用户正在与之说话的人员向移动设备10发射经数字化的语音信号，所述语音信号在扬声器16上再生并且由用户听到。用户30由此通过使用移动设备10与另一人员对话。
移动设备10通过使用蜂窝网络或能够进行语音业务的其它网络来发送用户30的语音信号，并且接收与其对话的人员的语音信号。在各种实施例中，移动设备10通过Wi-Fi、蓝牙、GSM、CDMA、LTE、HSPA+、WiMAX或其它无线网络类型发射语音信号和其它数据。移动设备10通过使用从RF天线32发出的射频（RF）电磁波发射语音信号。移动设备10中的RF放大器向天线32供应电流，所述电流包含语音信息并且在射频处振荡。天线32通过周围大气辐射作为电磁波的电流能量。电磁波到达蜂窝塔，所述蜂窝塔继续转发语音信号以最终被用户30与之对话的人员接收。
图1c是移动设备10的RF段33的框图。RF段33表示位于移动设备10内的电路板上的电路系统的部分。RF段33包括微控制器或中央处理单元（CPU）34、RF收发器36、RF放大器38和天线32。为了使移动设备10接收音频信号或其它数字数据，无线电波首先由天线32接收。传入无线电波的振荡电场和磁场在天线32中的电子上施加力，使电子振荡并且在天线中产生电流。RF收发器36对传入信号进行解调以消除RF频率并且向CPU 34发送底层数据。
当移动设备10正在发射数据时，CPU 34首先提供要发射的数据。在一个实施例中，CPU 34从麦克风17接收音频数据并且在音频数据上执行数字信号处理功能。CPU 34执行对于音频数据而言所要求的任何数字信号处理或基带处理，或者使用单独的数字信号处理器（DSP）或基带集成电路（IC）。在其它实施例中，发送非语音数据，例如传出文本消息或用户30希望在触摸屏12上查看的网站的统一资源定位符（URL）。一旦CPU 34已经接收到或生成了要发射的数据，从CPU向RF收发器36发送数据。RF收发器36通过使用用于移动设备10与之通信的网络的频率调制数据来生成包含要发射的数据的RF信号。
从RF收发器36向RF放大器38发送RF信号。RF放大器38放大来自RF收发器36的信号以生成供天线32发射的较高功率RF信号。RF放大器38向天线32发送经放大的RF信号。经放大的RF信号导致天线32内的电子的振荡电流。振荡电流产生绕天线32的振荡磁场和沿天线的振荡电场。时变的电场和磁场辐射离开天线32而到周围环境中作为RF电磁波。
RF放大器38的输出功率由CPU 34控制。CPU 34通过配置RF放大器38的增益设置来控制从天线32发出的RF信号的强度。从移动设备10接收无线电波的设备可以是从对于家庭内Wi-Fi而言几英尺远到对于乡村蜂窝服务而言几英里远，或者潜在地甚至更加远离移动设备。RF放大器38的较高增益设置使较高功率电磁无线电波从移动设备10发出。在更远离移动设备10的位置处接收到较高功率电磁无线电波。
天线32是全向的，即天线近似相等地在每一个方向上从移动设备10辐射能量。全向天线32为移动设备10给出与蜂窝塔的良好连接性而不考虑移动设备被握持在的角度。然而，由于天线32的全向性质，当用户握持移动设备靠近身体部分时，来自天线的显著量的RF电磁辐射被辐射到用户30中，如图1b中所图示的那样。存在与来自移动设备（诸如移动设备10）的由人体吸收的RF辐射有关的一些健康担忧。一些研究表明，由身体吸收的RF能量可能与癌症和其它疾病有关联。
比吸收率（SAR）是在暴露于RF电磁场时被人体以其吸收能量的比率的度量。SAR测量对100kHz与10GHz之间的电磁场的暴露。SAR评级通常与蜂窝电话和磁共振成像（MRI）扫描仪关联地使用。
当测量由于移动设备10的SRA时，将移动设备放置在处于交谈位置中的头部处，如图1b中所图示的那样。然后在整个头部中具有最高吸收率的位置处测量SAR值，所述位置一般是头部最接近于天线32的部分。在美国，联邦通信委员会（FCC）要求移动设备具有在包含吸收最多RF能量的1克组织的质量的体积之上取得的处于或低于1.6瓦特每千克（W/kg）的SAR水平。在欧洲，欧洲电工标准化委员会（CENELEC）指定在吸收最多RF能量的10克组织上平均的2W/kg的SAR限制。
限制来自移动设备10的SAR的规定有效限制当使用时靠近用户30的身体的移动设备的RF功率。限制RF输出限制信号强度并且可以使移动设备10到蜂窝电话发射塔的连接性降级。图2a-2c示出SAR与移动设备10距用户30的距离的关系的图表。在图2a和2b中，RF放大器38具有恒定功率输出。在图2a中，CPU 34已经将RF放大器38配置用于高RF功率和移动设备10到蜂窝电话发射塔的良好连接性。线40图示了在恒定RF功率输出的情况下，SAR在移动设备10移动更加远离用户30（即在图2a中的图表上更加靠右）时降低。当移动设备10移动更加靠近用户30时，SAR增加。
从移动设备10发出的辐射在辐射行进更加远离天线32时衰减。当移动设备10直接靠近用户30的头部时，从天线32发出的许多辐射集中在头部的小区域上，导致高SAR。当移动设备10更加远离用户30时，辐射扩散开并且以较低能量水平撞击用户身体的较大区域。当移动设备10被举起到头部时撞击用户30的许多辐射将在移动设备以一定距离被握持时错过用户。
线40示出当被配置用于高RF功率和良好连接性时，移动设备10将在移动设备被握持在用户30的身体部分的距离d内时超过SAR规定限制42。在一个实施例中，移动设备10在被配置用于高功率输出时超过SAR规定限制42所在的距离d是10毫米（mm）。如图2a中所配置的移动设备10包括良好的连接性但是在与SAR规定的依从外。
确保移动设备10的SAR保持在规定限制42以下的一种解决方案是降低移动设备的RF输出功率，如图2b所图示的那样。线44示出当移动设备10移动得更加远离用户30时，SAR降低，如图2a的配置一样。然而，在图2b中，移动设备10被配置用于较低RF输出，并且在移动设备抵靠用户30握持时不超过SAR规定限制42。较低RF输出使移动设备10依从SAR规定，但是降低移动设备的连接性。
图2c图示了将移动设备10的SAR维持在规定限制42以下的另一解决方案。当移动设备10被握持在距用户30大于d的距离处时，由线46图示的移动设备的RF输出功率在类似于图2a中图示的较高功率设置的水平处。当移动设备10在用户30的距离d（即在图2a的配置中SAR将会超过规定限制42所在的距离）内移动时，移动设备的RF输出降低以保持在规定限制以下。在距离d内降低的RF输出由线48图示，其类似于图2b的线44。如图2c中所配置的，移动设备10包括在距用户30大于d的距离处被握持时的良好的连接性，以及当在用户的距离d内被握持时保持在SAR规定限制42以下的降低的RF输出。
为了实现图2c中图示的配置，移动设备10包括用于检测距用户30的距离的接近传感器。当接近传感器检测到用户30在接近传感器的距离d内时，CPU 34降低RF放大器38的RF功率输出以防止移动设备10的SAR上升到规定限制42以上。当接近传感器检测到在移动设备10的距离d内没有人体时，CPU 34增加RF功率输出以改进连接性。
移动设备制造商的一个目标是改进接近传感器的精确性。不精确的接近读数导致移动设备10的高功率模式在用户30的距离d内被启用，违反SAR规定。不精确的接近读数还导致移动设备10的低功率模式在用户30的距离d外被启用，导致连接性的不必要的降级。精确的接近传感器提供在移动设备被移动到人体的距离d内时RF功率输出的立即减小，和在移动设备被移动到人体的距离d外时RF功率输出的立即增加。
存在在移动设备中产生精确的接近读数的许多挑战。电容式触摸传感器必须被适当地校准以忽略环境的所检测到的电容，并且仅报告由附近的人体导致的电容。电容式触摸传感器的校准是一项挑战，因为除其它因素之外，环境电容尤其将随温度和湿度而改变。此外，如果当身体部分在传感器的接近区域内时发生校准，传感器将身体部分包括在所忽略的环境电容中。取消可归因于接近移动设备的用户的电容的一部分降低接近传感器的灵敏度，潜在地防止检测到接近。
发明内容
存在改进移动设备中的接近和触摸检测的精确性的需要。因此，在一个实施例中，本发明是一种检测接近的方法，包括以下步骤：提供包括接近传感器的移动设备，确定接近传感器的补偿值，以及将补偿值与参考补偿值比较以确定补偿值的有效性。
在另一实施例中，本发明是一种检测接近的方法，包括以下步骤：提供包括接近传感器的移动设备，确定接近传感器的补偿值，以及确定补偿值的有效性。
在另一实施例中，本发明是一种检测接近的方法，包括以下步骤：提供接近传感器，以及确定接近传感器的参考补偿值。
在另一实施例中，本发明是一种接近传感器，包括接近传感器的参考补偿值。比较器将第二补偿值与参考补偿值比较。
附图说明
图1a-1c图示了具有RF发射能力的移动设备；
图2a-2c图示了在使用和不使用接近传感器的情况下，SAR与对于移动设备而言距人体的距离的关系；
图3a-3b图示了包括接近传感器的移动设备；
图4a-4c图示了接近感测元件、周围屏蔽区域和人类手指之间的电场；
图5a-5b图示了电容式触摸控制器的内部组件；
图6a-6b图示了在具有和没有校准的情况下的电容检测；
图7a-7b图示了校准电容式触摸控制器以补偿环境电容的过程；
图8a-8c图示了用于电容式触摸控制器的校准的硬件寄存器；
图9图示了确定用户与移动设备的接近的过程；
图10a-10b图示了用于接近的确定的硬件寄存器；
图11图示了温度对所检测到的电容的影响；以及
图12a-12b图示了当补偿温度的同时计算感测元件的电容的过程。
具体实施方式
在参考附图的以下描述中在一个或多个实施例中描述本发明，在附图中相同的附图标记表示相同或类似的元件。虽然在用于实现本发明的目的的最佳模式方面描述本发明，但是本领域技术人员将领会到的是，意图在于涵盖如可以包括在如由随附权利要求及其如由以下公开内容和附图支持的等同物限定的本发明的精神和范围内的替换物、修改和等同物。
图3a图示了移动设备10，其中触摸屏12和外壳20的部分被移除以显露具有CPU 34的印刷电路板（PCB）50、电容式触摸控制器56、感测元件58和形成或布置在PCB上的屏蔽区域60。在其它实施例中，使用柔性印刷电路（FPC）而不是PCB 50。电容式触摸控制器56和感测元件58形成用于移动设备10的接近传感器。在一些实施例中，使用不要求单独的感测元件的接近传感器。导电迹线62将感测元件58连接到电容式触摸控制器56，而导电迹线64将屏蔽区域60连接到电容式触摸控制器。导电迹线66提供CPU 34与电容式触摸控制器56之间的通信。
PCB 50提供用于安装电子部分和形成提供移动设备10的功能所必要的导电迹线的基座。PCB 50包括如实现移动设备10的功能所要求的未被图示的其它电路元件和半导体封装。PCB 50包括对于移动设备10而言必要的所有电子部分。在其它实施例中，跨多个PCB拆分用于移动设备10的电子部分。PCB 50包括附加部分，诸如通用串行总线（USB）端口、随机存取存储器（RAM）、闪速存储器、图形处理单元（GPU）或芯片上系统（SoC）。
电容式触摸控制器56是被设计成测量感测元件58的自电容或固有电容的IC。自电容是在导电元件（例如感测元件58）与接地电位（potential）之间测量的电容。当要检测的导电对象（例如用户30的膝部、手指、手掌或面部）未存在于感测元件58附近时，感测元件的自电容Csensor是环境电容Cenv。Cenv通过与感测元件附近的环境相互作用的来自感测元件58的电场来确定。特别地，来自感测元件58的电场与诸如屏蔽区域60、迹线62-66、功率和接地平面、导电通孔和IC之类的附近导电材料相互作用。当用户30的身体部分存在于感测元件58附近时，感测元件的自电容Csensor是Cenv加上可归因于身体部分的电容Cuser。经由以下详细解释的过程来利用Cenv的值来校准电容式触摸控制器56，并且从感测元件58的总自电容减去Cenv。其余电容是可归因于在感测元件58的接近区域中的用户30的身体部分的自电容，即Cuser。在实践中，电容式触摸控制器56内的可配置的电容器组取消或抵消对自电容的Cenv贡献，留下要测量的Cuser，尽管在其它实施例中使用从Csensor隔离出Cuser的其它方法。
如果Cuser（即所测量的可归因于用户30的感测元件58的自电容）近似地等于零，电容式触摸控制器56经由存储器映射标志以及中断向CPU 34报告缺乏或没有接近。如果Cuser超过与人体部分相关联的阈值，电容式触摸控制器56以类似的方式报告接近。除指示接近或其缺乏的标志之外，电容式触摸控制器56向CPU 34报告针对每一个Cuser测量的与Cuser成比例的数字值，是否检测到接近。CPU 34使用用于简单应用的接近标志，其中仅需要接近或缺乏接近，并且使用数字Cuser值来实现更高级的功能。
电容式触摸控制器56通过首先使用电容器组取消Cenv并且然后将其余电容Cuser转换成成比例的电压电位来对感测元件58的自电容进行感测。在一些实施例中，感测元件58的整个自电容Csensor被转换成成比例的电压并且然后被降低了与Cenv成比例的电压。使用模数转换器将与Cuser成比例的所得到的电压转换成数字值。处理数字Cuser值以确定Cuser是否超过确认接近的阈值。
感测元件58是在PCB 50的表面上形成的方形铜块，尽管在其它实施例中其它形状和其它导电材料被用于感测元件。在一个实施例中，相同物理元件被用于天线32和感测元件58二者。在其中单个物理元件用于天线32和感测元件58的实施例中，电容器和电感器被用于对RF信号进行滤波以免到达电容式触摸控制器56并且对较低频率信号进行滤波以免到达RF放大器38和RF收发器36。在其它实施例中，任何导电元件被用于感测元件58。
感测元件58经由电场与诸如导电迹线、通孔和接地平面之类的附近导电材料以及用户30的膝部、手指、手掌或面部相互作用。当向感测元件58施加电荷时，朝向感测元件吸引任何附近的导电材料内的相反电荷。当增加靠近感测元件58的导电材料量时，较大量的电荷被吸引到感测元件以用于给定电压。因此，感测元件58的自电容是靠近感测元件的导电材料的量的函数。具有到接地电位处的电路节点的导电路径的导电材料对自电容具有较大影响，因为接地节点提供到导电材料中的附加电荷源。感测元件58通过接地节点将相反电荷吸引到附近的导电材料中。
屏蔽区域60提供大体上围绕感测元件58的电磁屏蔽。形成在与感测元件58和屏蔽区域60相对的PCB 50的表面上的屏蔽区域阻挡感测元件检测移动设备10的背侧上的导电材料。
屏蔽区域60电气连接到电容式触摸控制器56。当测量感测元件的自电容时，电容式触摸控制器56以与感测元件58类似的电压电位驱动屏蔽区域60。在其它实施例中，屏蔽区域60电气连接到接地电位。将屏蔽区域60连接到接地电位提供感测元件58的自电容的Cenv分量的增加。较高Cenv要求电容式触摸控制器56内的较大电容器组以抵消较高Cenv。以与感测元件58类似的电压电位驱动屏蔽区域60提供较低Cenv，并且降低电容式触摸控制器56内的电容器组的所要求尺寸。
导电迹线62将感测元件58连接到电容式触摸控制器56。在一些实施例中，使用多个感测元件，其中每一个感测元件利用不同的导电迹线分别地连接到电容式触摸控制器56。在一个实施例中，感测元件被用于实现按钮14，其中在按钮上感测到用户30的接近时激活按钮。电容式触摸控制器56操纵感测元件58的电压并且经由导电迹线62检测感测元件的自电容。导电迹线64将屏蔽区域60连接到电容式触摸控制器56。电容式触摸控制器56经由导电迹线64控制屏蔽区域60的电压以近似地等于感测元件58的电压。
导电迹线66将CPU 34连接到电容式触摸控制器56。迹线66包括用于对于CPU 34与电容式触摸控制器56之间的通信而言必要的重置、中断、数据、地址、时钟、使能和其它信号的线路。在一个实施例中，CPU 34通过使用内部集成电路（I2C）协议与电容式触摸控制器56通信。在其它实施例中使用其它通信协议。
电容式触摸控制器56的一些功能由CPU 34通过使用连接到电容式触摸控制器上的引脚的单个导电迹线66控制，诸如启用或禁用感测。通过由CPU 34从电容式触摸控制器56内的硬件寄存器读取或向其写入而实行其它功能。从电容式触摸控制器56内部的存储器映射硬件寄存器读取原始Cuser值。寄存器还被CPU 34用于设置电容式触摸控制器56报告接近时的Cuser的阈值。利用电容式触摸控制器56上的分立输入或输出引脚以及电容式触摸控制器内的硬件寄存器实现某个功能。通过CPU 34切换（toggle）电容式触摸控制器的重置输入引脚或者通过CPU向电容式触摸控制器内的软重置寄存器进行写入来重置电容式触摸控制器56。
在图3b中，用户30将移动设备10举起到他或她的头部。感测元件58的自电容由于感测元件和用户之间的电场的相互作用而增加。在移动设备10布置成接近用户30之前，在移动设备前方的区域被空气占据，空气具有对自电容的比用户的头部更小的影响。电容式触摸控制器56检测感测元件58的自电容中的上升，并且通知CPU 34用户30的接近。CPU 34因此降低RF放大器38的功率输出，使得移动设备10保持依从SAR规定。
图4a是图示了形成在PCB的顶表面上的感测元件58和屏蔽区域60的PCB 50的部分横截面。屏蔽区域70形成在与感测元件58和屏蔽区域60相对的PCB 50的底表面上。可选覆盖物（overlay）72形成在感测元件58和屏蔽区域60之上以用于感测元件和屏蔽区域的物理隔离和保护。
PCB 50由与环氧酚醛棉纸、环氧树脂、树脂、玻璃织物、毛玻璃、聚酯和其它增强纤维或织物的组合的一层或多层聚四氟乙烯预浸渍（预浸）、FR-4、FR-1、CEM-1或CEM-3形成。对于移动设备10的功能而言必要的电子组件（诸如导电迹线和IC）形成或布置在PCB 50的表面上。在一个实施例中，使用多层PCB 50，其包括PCB的顶表面和底表面之间的层上的电子组件。在PCB 50的不同层处的组件通过形成在PCB中的导电通孔连接。
感测元件58和屏蔽区域60以及迹线62-66形成为PCB 50上的金属层。在一个实施例中，感测元件58、屏蔽区域60和迹线62-66通过使用诸如丝网印刷、光刻或PCB研磨之类的减性方法由单个均匀金属层形成。在其它实施例中，使用诸如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电镀、无电式电镀或另一合适金属沉积工艺之类的加性或半加性方法。屏蔽区域70从与感测元件58和屏蔽区域60类似的工艺形成。
感测元件58、屏蔽区域60、屏蔽区域70和导电迹线62-66包括一层或多层的铝（Al）、铜（Cu）、锡（Sn）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、氧化铟锡（ITO）、印刷导电油墨或其它合适的导电材料。迹线62-66形成在与感测元件58相同的PCB的表面上。在其它实施例中，迹线62-66形成在与感测元件58相对的PCB的表面上或当使用多层PCB时形成在中间层上。当迹线未形成在与感测元件58相同的表面上时，导电通孔被用于将迹线62-66连接到CPU 34、电容式触摸控制器56、感测元件58和屏蔽区域60。导电通孔将屏蔽区域60连接到屏蔽区域70，使得电容式触摸控制器56将两个屏蔽区域驱动到类似的电压电位。
屏蔽区域60和70提供噪声阻挡功能，以及用于感测元件58的方向性。屏蔽区域60和70提供在除期望感测的方向之外的每一个方向上大体上围绕感测元件58的电磁屏蔽。来自感测元件58的电场与屏蔽区域60和70相互作用，屏蔽区域60和70对自电容而不是与屏蔽区域相对的具有关于感测元件的动态电容的其它对象有稳定的影响。屏蔽区域60和70还降低电磁噪声，其影响所检测到的电容的精确性。
在屏蔽区域60和70在底部和侧面上围绕感测元件58的情况下，如图4a-4c中所图示的，身体部分在布置在与屏蔽区域70相对的感测元件58之上时被检测到。当用户30的手指或其它身体部分布置在PCB 50的背侧上（即在PCB的与感测元件58的相对侧上）时，屏蔽区域70限制电容式触摸控制器56的检测能力。在具有全向天线32的一些实施例中，不使用屏蔽区域70，使得用户30的身体部分被检测到，无论身体部分是在移动设备10的前侧还是背侧上。在没有屏蔽区域70的情况下，检测到接近，并且当用户30的身体部分在移动设备10的背侧上的接近区域内（例如用户将移动设备设置在他或她的膝部）时，CPU 34降低移动设备10的RF功率输出。在其它实施例中，既不使用屏蔽区域60也不使用屏蔽区域70。
屏蔽区域60和70电气连接到电容式触摸控制器56。在对感测元件的自电容进行感测时，电容式触摸控制器56将屏蔽区域60和70驱动到与感测元件58类似的电压电位。在其它实施例中，屏蔽区域60和70电气连接到接地电位。将屏蔽区域60和70连接到接地电位提供由于提供被吸引到感测元件的电荷源的地所引起的感测元件58的自电容的Cenv分量的增加。较高Cenv要求电容式触摸控制器56内的较大电容器组以抵消较高Cenv。将屏蔽区域60和70驱动到与感测元件58类似的电压电位的电容式触摸控制器56通过降低感测元件在屏蔽区域中吸引的电荷量来降低感测元件58的自电容。
覆盖物72为感测元件58提供物理隔离和保护。覆盖物72通过保护感测元件58免受诸如灰尘、污垢、雨水和风之类的环境危害来增加移动设备10的鲁棒性。在一个实施例中，覆盖物72是集成到外壳20中的塑料或玻璃片。覆盖物72是半透明的、透明的或不透明的。覆盖物72由具有足以允许电场在感测元件58与布置成接近感测元件的用户30的身体部分之间传播的电场介电常数的材料形成。
图4b图示了当没有人体部分处于感测元件的接近区域中时感测元件58与屏蔽区域60和70之间的电场。电场80在感测元件58和屏蔽区域60之间延伸。电场82在感测元件58和屏蔽区域70之间延伸。电场80和82是与感测元件58相互作用的电场的简化图示。在实践中，电场是复杂的并且不仅延伸到屏蔽区域60和70，而且延伸到靠近感测元件58的任何导电材料，诸如导电通孔或导电迹线。感测元件58的环境自电容Cenv是来自与屏蔽区域60和70相互作用的感测元件和当用户30不在接近区域中时接近感测元件的其它导电材料的电场80和82的度量。
当电荷存在于感测元件58上时，电场80和82朝向感测元件吸引屏蔽区域60和70内的相反电荷。当在对象的原子中存在相比于质子数目的过量电子时，存在负电荷。当相比于质子数目存在不足的电子时存在正电荷。带负电荷的材料吸引正电荷，并且带正电荷的材料吸引负电荷。当第一对象具有正电荷时，附近导电对象中的电子被吸引到第一对象，从而在附近对象中产生负电荷区域。当第一对象具有负电荷时，附近导电对象中的电子被排斥，从而在附近对象中产生正电荷区域。负电荷和正电荷是相反物。
在图4c中，用户30的手指84接近感测元件58。虽然图示了手指，但是也能够检测膝部、手掌、面部或其它导电对象。电场86将与感测元件58上的电荷相反的电荷吸引到手指84尖。被吸引在手指84中的电荷提升必须由电容式触摸控制器56供应到感测元件58以达到感测元件的给定电压电位的电荷总量。由于每电压的电荷是定义电容的公式，因此具有吸引到感测元件58的附加电荷的附加导电材料提升感测元件的自电容。在图4c中，Cenv由电场80和82表示，Cuser由电场86表示，并且Csensor是Cenv和Cuser的和。
电容式触摸控制器56测量到感测元件58的自电容已经上升并且因此Cuser上升。在电容式触摸控制器56的硬件寄存器内设置标志，并且电容式触摸控制器断言给CPU 34的中断信号。CPU 34接收中断并且执行与新的接近读数相关联的程序代码。在移动设备10的情况中，CPU 34执行降低RF放大器38的RF功率输出以防止超过SAR规定限制42的代码。在其它实施例中，其中电容感测用于实现按钮14，CPU 34执行当感测到接近时与按钮的按压相关联的程序代码。
图5a是电容式触摸控制器56的内部组件的框图。偏移补偿100包括可配置的电容器组，其被调节成近似地取消Cenv的影响使得由于用户30的接近所引起的电容Cuser被隔离并且被精确地测量。来自寄存器106的数字值基于Cenv的先前读数而配置偏移补偿100中的电容器组。偏移补偿100中的可配置电容器组被用于生成与之前检测到的Cenv近似地成比例的电压。偏移补偿100还生成与Csensor（即感测元件58的总自电容）近似地成比例的电压。偏移补偿100从与Csensor成比例的电压减去与Cenv成比例的电压以产生与Cuser近似地成比例的电压。与Cuser成比例的电压从偏移补偿100输出到模数转换器（ADC）102。Cuser、Csensor和Cenv每一个是由电容式触摸控制器56和感测元件58形成的接近传感器的不同电容值。
ADC 102从偏移补偿100接收与Cuser（即可归因于用户30的感测元件58的自电容的部分）近似地成比例的模拟信号。ACD 102将来自偏移补偿100的模拟输入转换成与Cuser近似地成比例的数字值，并且将数字值输出到数字处理单元104。
数字处理单元104从ADC 102接收与Cuser近似地成比例的数字值并且将值写入到寄存器106中的硬件寄存器。CPU 34被中断，如果中断未被掩蔽（mask）的话，以提醒CPU新的接近测量已经完成。写入到寄存器106中的寄存器的数字Cuser值通过读取寄存器而对CPU34可用。存储在寄存器106的硬件寄存器中并且被CPU 34配置的不同数字值指示必须达到阈值Cuser以报告接近。如果来自ADC 102的数字Cuser值超过来自寄存器106的阈值，数字处理单元104使寄存器106中的接近状态位变为逻辑“1”，并且CPU 34被中断以处理接近事件。
参考温度传感器110连接到数字处理单元104以用于检测移动设备10的温度。温度传感器110是电容感测元件，类似于感测元件58，其被配置成具有对用户30的接近的降低的灵敏度。电容式触摸控制器56包括偏移补偿和将温度传感器110的自电容转换成数字值以供数字处理单元104使用的ADC。在其它实施例中，偏移补偿100和ADC 102用于对感测元件58和温度传感器110的自电容进行感测。自电容的读数通过在感测元件58和温度传感器110的读数之间交替而时间复用。
将电容元件用作温度传感器110改进温度传感器110的读数与感测元件58的自电容之间的线性度。将电容元件用作温度传感器110还通过对除温度之外的影响感测元件58的自电容的其它环境因素的改变敏感而增强功能。电容式触摸控制器56经由温度传感器110的自电容感测环境改变，并且经由温度传感器与感测元件之间的线性关系计算环境改变如何影响感测元件58的自电容。数字处理单元104基于使用温度传感器110测量的环境电容中的改变而调节来自ADC 102的数字Cuser读数。
温度传感器110是连接到电容式触摸控制器56的任何导电元件。在各种实施例中，温度传感器110是PCB 50上的平坦铜区域、PCB上的迹线、电容式触摸控制器56的封装上的引脚或电容式触摸控制器的半导体管芯上的垫。在其它实施例中，温度传感器110是读取温度或移动设备10的其它特定环境因素的传感器，例如具有作为移动设备的温度的函数的电阻的热敏电阻。
数字处理单元104基于来自温度传感器110的读数和来自寄存器106的温度系数值调节从ADC 102接收的Cuser的数字值。感测元件58的自电容以近似地线性方式随温度传感器110的读数变化。移动设备10的制造商确定感测元件58的自电容与温度传感器110的自电容或其它读数之间的关系。制造商在将移动设备10交付给用户30之前在寄存器106中存储定义温度读数与自电容之间的关系的系数。
在不针对温度和其它环境因素进行调节的情况下，电容式触摸控制器56检测不同于距离d的距离处用户30的接近，这导致不依从SAR规定或不必要降级的连接性。数字处理单元104精确地调节来自ADC 102的Cuser的数字值以计及由于温度改变所引起的漂移。针对由于温度改变所引起的电容漂移进行调节提供针对自电容的读数的改进的精确性。
图5b详细图示了硬件寄存器106。寄存器106包括中断请求（IRQ）寄存器118、接近补偿偏移（PROXOFFSET）寄存器120、有用接近读数（PROXUSEFUL）寄存器122、接近检测阈值（PROXTHRESH）寄存器124、温度系数（TEMPCOEF）寄存器126和制造商处接近补偿偏移（PROXOFFSET0）寄存器128。在其它实施例中使用其它寄存器。
IRQ寄存器118包括IRQ源位、IRQ掩蔽位和状态位。IRQ源位指示硬件中断的源，并且掩蔽位允许CPU 34“掩蔽掉（mask out）”特定中断源，使得硬件中断未针对特定中断源而被触发。当发生CPU 34可以潜在地被编程以处理的事件时由电容式触摸控制器56设置源位。当被CPU 34读取时，源位被清除。掩蔽位被CPU 34设置或清除以控制相关联的源位是否将实际上经由硬件中断信号而中断CPU 34。
状态位指示电容式触摸控制器56中的元件的状态而不导致CPU 34的中断，并且不利用IRQ源位来清除。在一些实施例中，将IRQ源位映射到电容式触摸控制器56的第一存储器地址，将IRQ掩蔽位映射到第二存储器地址，并且将状态位映射到第三存储器地址。IRQ寄存器118的IRQ源位由电容式触摸控制器56的内部电路系统设置成触发CPU 34的中断。电容式触摸控制器56通过在迹线66的IRQ线路上断言中断信号来触发CPU 34的中断。当CPU 34被电容式触摸控制器56中断时，CPU读取IRQ寄存器118的IRQ源位以确定中断的源。CPU 34取决于发生哪种中断而执行不同的程序。
IRQ寄存器118包括用于当新检测到接近时、当不再检测到接近时、当已经完成用于校准的Cenv的计算时、以及当已经测量Cuser时的不同的IRQ源位。当事件导致中断时，与所发生的事件相关联的源位变为逻辑“1”。当CPU 34读取IRQ寄存器118的IRQ源位时清除所有IRQ源位。IRQ寄存器118的一些IRQ源位被CPU 34和电容式触摸控制器56的控制功能写入。CPU 34通过将逻辑“1”写入到校准完成IRQ源位来触发新的Cenv校准计算。CPU 34在完成Cenv校准计算时中断，并且用于Cenv补偿的源位被CPU读取为逻辑“1”。
IRQ寄存器118包括用于每一个IRQ源位的掩蔽位。IRQ寄存器118的掩蔽位确定相关联的源位是否将实际上导致断言到CPU 34的中断信号。如果用于IRQ源的掩蔽位被设置成逻辑“1”，用于中断源的源位将被照常设置成逻辑“1”，但是到CPU 34的硬件中断信号将不被电容式触摸控制器56断言。如果CPU 34被编程为使用存储在PROXUSEFUL寄存器122中的原始Cuser值，CPU不掩蔽用于Cuser的新读数的中断源。然而，如果CPU 34被编程为使用由电容式触摸控制器56确定的接近状态，而不是存储在PROXUSEFUL寄存器122中的原始Cuser值，CPU掩蔽掉用于新接近读数的中断并且不掩蔽用于接近状态改变的中断。在一个实施例中，CPU 34掩蔽IRQ寄存器118的每一个中断源并且轮询IRQ寄存器以确定是否需要采取动作。
PROXOFFSET寄存器120包含针对偏移补偿100中的电容器组确定的最新补偿值。利用偏移补偿100中的电容器组，通过使用二分法算法确定存储在PROXOFFSET寄存器120中的补偿值。使用用于PROXOFFSET寄存器120的第一值，并且在数字处理单元104中捕捉原始Cuser值。如果Cuser非零，则在朝向零移动Cuser所必需的方向上修改PROXOFFSET寄存器120。在给定PROXOFFSET寄存器120的粒度和偏移补偿100中的电容器组的情况下，算法继续修改PROXOFFSET寄存器120直至Cuser尽可能接近零。如果PROXOFFSET寄存器120使Cuser在没有用户30的部分接近感测元件58时等于零，偏移补偿100中的电容器组取消Cenv，使得在用户接近时Cuser的精确读数是可能的。确定用于PROXOFFSET寄存器120的补偿值的过程对电容式触摸控制器56进行校准。当电容式触摸控制器56重计算抵消Cenv所必需的补偿值时，CPU 34被中断，除非CPU掩蔽掉中断。
PROXUSEFUL寄存器122包含Cuser的最新读数。PROXUSEFUL寄存器122包含由电容式触摸控制器56和感测元件58形成的接近传感器的电容值。数字处理单元104在每次感测元件58的自电容被转换成新的数字Cuser值时填入PROXUSEFUL寄存器122。在一个实施例中，数字处理单元104将来自ACD 102的原始Cuser值置于PROXUSEFUL寄存器122中。在其它实施例中，数字处理单元104在填入PROXUSEFUL寄存器122之前调节Cuser值，例如通过针对Cenv的漂移而调节Cuser，或者通过对高频噪声进行滤波。当数字处理单元104将新的Cuser值置于PROXUSEFUL寄存器122中时，CPU 34被中断，除非CPU掩蔽掉中断。CPU 34读取PROXUSEFUL寄存器122以确定感测元件58的自电容的Cuser分量的最新读数。
PROXTHRESH寄存器124被CPU 34用于设置当电容式触摸控制器56报告用户30的接近时PROXUSEFUL寄存器122中的Cuser的阈值。PROXTHRESH寄存器124的较低值允许对用户30的接近的较高灵敏度和在较大距离处的检测，而用于PROXTHRESH寄存器的较高值提供更好的抗噪声能力。当数字处理单元104在PROXUSEFUL寄存器122中输入新的Cuser值时，电容式触摸控制器56将PRXUSEFUL寄存器值与PROXTHRESH寄存器124中的值比较。如果PROXUSEFUL寄存器122大于PROXTHRESH寄存器124，检测到接近。如果先前的PROXUSEFUL寄存器122值小于PROXTHRESH寄存器124，CPU 34被电容式触摸控制器56中断以报告新的接近检测事件，除非CPU已经掩蔽中断。如果PROXUSEFUL寄存器122小于PROXTHRESH寄存器124，则检测到没有接近。如果先前的PROXUSEFUL寄存器122值大于PROXTHRESH寄存器124，CPU34被电容式触摸控制器56中断，除非被掩蔽，以报告已经移除先前检测到的接近区域中的用户30的身体部分。IRQ寄存器118中的状态位报告是否在最新的自电容读数上检测到接近而不管由CPU 34执行的任何中断掩蔽或清除。
TEMPCOEF寄存器126是特别针对移动设备10计算的参数，其指示电容式触摸控制器56的电容读数受移动设备的温度和其它环境因素影响的程度。影响感测元件58的自电容的移动设备10的每一个组件包括组件对电容的影响和组件的温度之间的近似地线性关系。影响感测元件58的自电容的组件包括电阻器、电感器和PCB 50上的迹线、屏蔽区域60和70，以及包括CPU 34和电容式触摸控制器56的IC。
当制造移动设备10时，移动设备的制造商确定当温度波动时移动设备中的所有组件对感测元件58的自电容的累积影响。制造商使用电容式触摸控制器56确定在移动设备10处于两个或更多不同温度的情况下并且在没有用户30接近移动设备的情况下感测元件58的自电容。确定温度传感器110的读数与感测元件58的自电容之间的线性关系，并且由制造商将定义关系的系数存储在TEMPCOEF寄存器126中。在一个实施例中，TEMPCOEF寄存器126被实现为一次可编程只读存储器，使得TEMPCOEF寄存器的值随后不被CPU 34或电容式触摸控制器56改变。在Cuser的后续读取期间，数字处理单元104使用TEMPCOEF寄存器126中的值以针对在将Cuser存储在PROXUSEFUL寄存器122中之前的温度改变所引起的漂移而调节Cuser。
PROXOFFSET0寄存器128包含在制造移动设备时由移动设备10的制造商确定的参考补偿值。移动设备10的制造商在没有用户30接近感测元件58的情况下在已知状态中执行与移动设备的自电容校准。在没有用户30接近的情况下Cenv的读数在PROXOFFSET0寄存器128中被存储为已知有效补偿值，在一个实施例中所述PROXOFFSET0寄存器128被实现为一次可编程只读存储器。PROXOFFSET0寄存器128在电容式触摸控制器56的随后校准期间被用作参考补偿值以确定存储在PROXOFFSET寄存器120中的补偿值是否有效或者接近感测元件58的用户30的部分是否破坏校准。
在稍后校准之后，电容式触摸控制器56将所检测到的Cenv补偿值置于PROXOFFSET寄存器120中。PROXOFFSET寄存器120具有基于PROXOFFSET0寄存器128的值和由于温度、湿度和其它环境因素所引起的Cenv的正常波动而确定的有效补偿值的已知范围。当发生校准并且PROXOFFSET寄存器120包含相对于PROXOFFSET0寄存器128中的值的用于PROXOFFSET寄存器的正常操作范围外的补偿值时，电容式触摸控制器56确定用户30的接近影响自电容读数。PROXOFFSET寄存器120中的值被丢弃并且在预确定的时间段之后自动再次执行校准。在一个实施例中，未自动执行第二校准，而是代替地CPU 34被中断以确定如何继续进行。
在一些实施例中，制造商在没有用户接近感测元件58的情况下计算PROXOFFSET，并且再次在具有接近感测元件的身体部分或对身体部分的电容影响进行近似的另一导电对象的情况下计算PROXOFFSET。PROXOFFSET0寄存器128被设置成在两个PROXOFFSET读数之间的作为用于接近的参考阈值的值。电容式触摸控制器56随后将PROXOFFSET0寄存器128用作用于在PROXOFFSET寄存器120未被初始化时（例如在重置之后和在校准之前）确定接近的阈值。如果感测元件58的总自电容Csensor在由PROXOFFSET0寄存器128设置的水平以上，电容式触摸控制器56向CPU 34报告接近。当PROXOFFSET寄存器120未被初始化时利用PROXOFFSET0寄存器128检测接近允许在电容式触摸控制器56启动之后不久发生接近检测，从而降低利用接近的用户30启用的高功率RF模式的可能性。
在一个实施例中，PROXOFFSET0寄存器128被用于确定在PROXOFFSET寄存器120被初始化之后的接近。如果基于PROXOFFSET寄存器120或PROXOFFSET0寄存器128做出接近的确定，电容式触摸控制器56向CPU 34报告接近。
图6a图示了在没有补偿以消除环境电容Cenv的影响的情况下感测元件58的自电容。图6a的图包括在水平轴上的时间和在竖直轴上的感测元件58的自电容Csensor。图6a示出具有在点130处的新接近读数的随时间发生的接近事件。接近事件在点132处结束。在没有补偿感测元件58的自电容以消除环境电容的影响的情况下，Cuser的贡献是被检测的总自电容的小百分比，并且进行分辨是具有挑战性的。在一个实施例中，感测元件58的环境电容Cenv近似地为10皮法（pF）而针对接近的要检测的电容改变Cuser为近似地.01pF。
此外，校准偏移补偿100以忽视感测元件58的环境自电容允许ADC 102在Cenv和Cenv+Cuser之间的电容范围中给出较高分辨率读数。电容水平134指示在ADC 102的最大数字输出处的自电容，其小于环境电容。在ADC 102被配置成输出延伸超出Cenv+Cuser的值以感测电容而没有补偿的情况下，ADC包括在Cenv以上的电容的活动范围中的较低分辨率数字输出。
图6b是如图6a中所示的类似绘图，其中水平轴反映时间。图6b的竖直轴示出其中Cenv被偏移补偿100中的电容器组消除掉的Csensor，如被PROXOFFSET寄存器120配置的那样。当用户30未处于接近区域中（即在点130和132之间的区域外部）时，从ADC 102输出到数字处理单元104的电容读数接近0浮动。当用户30在点130处在感测元件58的接近区域内移动身体部分时，ADC 102输出的电容读数反映可归因于用户的自电容的值并且不包括可归因于环境因素的电容。ADC 102被配置成使得Cuser是ADC的数字输出的总范围的有效部分。ADC 102给出零与Cuser之间的电容的活动范围的高分辨率读数。在点130和132之间，Cuser和因此PROXUSEFUL寄存器122高于PROXTHRESH寄存器124中的值。电容式触摸控制器56向CPU 34报告用户处于接近区域中。
图7a图示了移动设备10的制造商在移动设备的制造期间确定感测元件58的环境自电容并且在PROXOFFSET0寄存器128中保存值的过程。在步骤150期间，移动设备10的制造商计算Cenv，即移动设备的部分对感测元件58的自电容的贡献。制造商确保在Cenv的计算期间，邻近于感测元件58的区域大体上没有对电容具有影响的移动设备10外部的任何人体或其它导电材料。通过限制外部电容影响，在制造期间Cenv的初始计算已知为由于移动设备10的导电组件所引起的感测元件58上的自电容的精确读数。
步骤150涉及移动设备10的制造商运行电容式触摸控制器56的正常校准过程以在PROXOFFSET寄存器120中填入值。二分法算法确定PROXOFFSET寄存器120的值，其将偏移补偿100中的电容器组配置成给出尽可能接近0的ADC 102输出。在一个实施例中，校准导致存储在PROXOFFSET寄存器120中与Cenv成比例的数字值。在其它实施例中，RPOXOFFSET寄存器120的每一位控制构成偏移补偿100中的电容器组的不同的开关电容器。
在移动设备被制造之后，每一个单独的移动设备10与除Cenv之外的电容影响隔离地启动。CPU 34识别到PROXOFFSET0寄存器128在启动时间未被初始化，并且运行例程以检测Cenv并且填入PROXOFFSET寄存器120。在其它实施例中，制造商针对给定生产线仅检测Cenv一次，并且使用相同的Cenv值来设置用于被制造成相同规范的每一个移动设备10的PROXOFFSET0寄存器128。
在步骤152中，将由移动设备10的制造商已知为包括Cenv而没有明显外部贡献的PROXOFFSET寄存器120的值存储在PROXOFFSET0寄存器128中。在其中启动每一个单独的移动设备10以计算在制造之后的Cenv的实施例中，CPU 34的编程实现PROXOFFSET0寄存器128未被初始化，导致PROXOFFSET的计算，并且然后导致PROXOFFSET寄存器120中的最新值被存储在PROXOFFSET0寄存器中。在其中制造商计算要编程到每一个移动设备10的PROXOFFSET0寄存器128中的单个Cenv值的实施例中，在移动设备10的完成之前的制造步骤中对PROXOFFSET0寄存器进行编程。电容式触摸控制器56被制作有硬编码成期望值的PROXOFFSET0寄存器128。在其它实施例中，在电容式触摸控制器56的制作之后但是在使用到电容式触摸控制器IC的临时电气连接而布置在PCB 50上之前对PROXOFFSET0寄存器128进行编程。
在一些实施例中，利用感测元件58的接近区域内的身体部分或者对身体部分对自电容的影响进行近似的导电对象执行PROXOFFSET寄存器120的第二确定。将在具有和不具有处于邻近区域中的身体部分的情况下的PROXOFFSET寄存器120的值之间的值存储在PROXOFFSET0寄存器128中。存储在PROXOFFSET0寄存器128中的值大于仅仅取消Cenv所必需的值，并且被用作用于在PROXOFFSET寄存器120经由图7b中所示的过程初始化之前确定接近的阈值。
使用电容式触摸控制器56中的熔丝来将PROXOFFSET0寄存器128实现为只读存储器以允许对PROXOFFSET0寄存器的仅一次写入。在其它实施例中，可擦除可编程只读存储器（EPROM）或闪速存储器被用于实现PROXOFFSET0寄存器128使得PROXOFFSET0寄存器中的值在必要时通过来自制造商的更新而改变。在又一些实施例中，PROXOFFSET0寄存器128被实现为易失性存储器，并且CPU 34被编程为在每次移动设备10启动时恢复用于PROXOFFSET0寄存器的已知良好值。
图7b图示了通过检测Cenv并且将Cenv与先前存储在PROXOFFSET0寄存器128中的值比较来校准电容式触摸控制器56的方法。校准由电容式触摸控制器56的重置而自动触发，例如在移动设备10启动时。校准还在任何时间处由来自CPU 34的请求触发。CPU 34还将电容式触摸控制器56配置成周期性地自动重校准。
在经由图7b中所示的校准确定用于PROXOFFSET寄存器120的值之前，基于PROXOFFSET0寄存器128检测接近。PROXOFFSET0寄存器128包含比仅仅取消环境电容所需要的值大的值。当Csensor大于PROXOFFSET0寄存器128时，电容式触摸控制器56报告接近，并且当电容式触摸控制器56小于PROXOFFSET0寄存器时不报告接近。在其它实施例中，电容式触摸控制器56除PROXOFFSET0寄存器128中的参考PROXOFFSET值之外还包含寄存器106中的参考Cuser值。当Csensor在附加有参考Cuser值的PROXOFFSET0寄存器128的预确定范围内时向CPU 34报告接近。
在步骤160处，电容式触摸控制器56计算取消感测元件58的环境自电容（即Cenv）所要求的PROXOFFSET寄存器120的值。PROXOFFSET寄存器120中的值由于与接近检测同时计算而比PROXOFFSET0寄存器128中的值更精确。在移动设备10很可能使用在的例如温度和湿度的环境条件下计算PROXOFFSET寄存器120中的值。PROXOFFSET0是提供用于参考的有效PROXOFFSET值，但是不包括对移动设备10的每一次使用的实际环境变量的考虑。
另一方面，PROXOFFSET0寄存器128不包含利用Cuser的受控值计算的已知的良好Cenv读数。在用于PROXOFFSET寄存器120的值的计算期间用户30的接近是不可被移动设备10的制造商预测的变量。在一些使用场景中，在用户的身体部分处于接近区域中的同时用户30启动移动设备10，或者在用户30处于接近区域中的同时出于另一原因而触发电容式触摸控制器56的校准。在不与PROXOFFSET0寄存器128比较的情况下，在用户30处于接近区域中的同时校准电容式触摸控制器56使偏移补偿100消除不仅环境电容，而且还有可归因于用户的感测元件58的自电容的一部分。当偏移补偿100消除Cuser的一部分连同Cenv时，接近更加难以检测。
在一些实施例中，其中数字处理单元104将在存储在PROXUSEFUL寄存器122中之前调节Cuser的读数，作为校准的一部分，数字处理单元将来自温度传感器110的温度读数存储在电容式触摸控制器56的存储器或寄存器中。在Cuser的随后检测期间，所存储的温度被用于确定自从校准以来温度已经改变的幅度。
在步骤162中将PROXOFFSET寄存器120与PROXOFFSET0寄存器128比较以确定用户30在用于PROXOFFSET寄存器的值的计算期间是否接近感测元件58。PROXOFFSET0寄存器128定义潜在PROXOFFSET寄存器120值的范围，因为移动设备10很可能使用在环境因素的可确定范围内。例如，移动设备10的制造商可以认证移动设备用于使用在35华氏度（℉）和125℉之间的温度范围中。移动设备10的制造商计算感测元件58的自电容在35℉和125℉之间漂移的量。有效PROXOFFSET寄存器120值相对于PROXOFFSET0寄存器128的值的范围可通过考虑移动设备10将暴露于的环境变量的范围来计算。电容式触摸控制器56确定新计算的PROXOFFSET寄存器120值是否在相对于PROXOFFSET0寄存器128的正常范围的外部，最新的Cenv计算包括由于用户30的接近所引起的附加电容。
如果PROXOFFSET寄存器120与PROXOFFSET0寄存器128的比较揭示了在用户30接近感测元件58的情况下执行校准，则PROXOFFSET寄存器的值被丢弃并且过程返回到步骤160。电容式触摸控制器56继续使用PROXOFFSET0寄存器128计算接近直至在PROXOFFSET寄存器120中存储良好的值。电容式触摸控制器56立即计算用于PROXOFFSET寄存器120的新值，中断CPU 34并且等待来自CPU的指令，或者不做任何事并且等待直至在适当的时候发生重校准为止。
如果PROXOFFSET寄存器120在相对于PROXOFFSET0寄存器128的可允许范围内，过程前进至步骤164以使用PROXOFFSET寄存器来检测接近以定义通过偏移补偿100取消的Cenv的幅度。在PROXOFFSET寄存器120中的值被用于接近检测，直至触发电容式触摸控制器56的重校准为止，这将图7b中的过程返回到步骤160。
在一些实施例中，在步骤164期间除PROXOFFSET寄存器120之外PROXOFFSET0寄存器128也被用于接近检测。相对于PROXOFFSET0寄存器128和PROXOFFSET寄存器120二者确定接近，并且如果任一计算导致发现用户30的接近则向CPU 34报告接近。
图8a-8c图示了在图7a-7b中图示的过程的各阶段期间的PROXOFFSET寄存器120和PROXOFFSET0寄存器128。图8a图示了在图7a的步骤152期间的寄存器。在步骤150期间发生校准过程，其确定PROXOFFSET寄存器120二进制值1001 1100 0100 0000（以十六进制为9C40）适当配置偏移补偿100中的电容器组以尽可能精确地抵消Cenv。使用二分法算法（也称为二分或二进制搜索算法）来确定PROXOFFSET寄存器120的值。在一个实施例中，PROXOFFSET寄存器120的每一位确定偏移补偿100中的开关电容器的状态。电容式触摸控制器56将被确定用于PROXOFFSET寄存器120的值，十六进制（hex）值9C40，复制到PROXOFFSET0寄存器128中以用于确定PROXOFFSET寄存器的后续计算的有效性。
在其它实施例中，在没有用户处于接近区域中的情况下计算PROXOFFSET，并且第二次在用户处于接近区域中的情况下计算PROXOFFSET，并且将PROXOFFSET0寄存器128设置成两次测量之间的值。增加的PROXOFFSET0寄存器128充当PROXOFFSET寄存器120不包含有效补偿值时检测接近的阈值。
图8b图示了在图7b的步骤162期间的PROXOFFSET寄存器120和PROXOFFSET0寄存器128。PROXOFFSET0寄存器128由于是只读的而保持十六进制值9C40。电容式触摸控制器56已经重校准偏移补偿100并且确定用于PROXOFFSET寄存器120的二进制值1001 1111 10110011（以十六进制的9FB3）。十六进制值9FB3指示感测元件58的自电容相比于存储在PROXOFFSET0寄存器128中的参考Cenv校准偏离近似地2.2%。电容式触摸控制器56确定十六进制值9FB3在PROXOFFSET寄存器120由于环境因素的正常变化将会达到的范围之外。电容式触摸控制器56丢弃PROXOFFSET寄存器120的内容并且返回到步骤160。除非中断被掩蔽，否则CPU 34被中断以通知CPU校准过程未能生成用于PROXOFFSET寄存器120的有效值。在其它实施例中，其中PROXOFFSET0寄存器128包括用作替换接近阈值的增加的值，数字处理单元104针对已知差异进行调节以确定PROXOFFSET寄存器120中的值的有效性。
图8c图示了在图7b的步骤162期间的PROXOFFSET寄存器120和PROXOFFSET0寄存器128。PROXOFFSET0寄存器128保持十六进制值9C40。电容式触摸控制器56已经重校准偏移补偿100并且确定用于PROXOFFSET寄存器120的二进制值1001 1100 0101 1000（以十六进制的9C58）。十六进制值9C58指示感测元件58的自电容相比于PROXOFFSET0寄存器128的值的计算期间的Cenv漂移0.06%。电容式触摸控制器56确定十六进制值9C58在PROXOFFSET寄存器120由于诸如温度和湿度之类的环境因素的正常变化而达到的范围内。电容式触摸控制器56前进到图7b的步骤164，其中PROXOFFSET寄存器120中的十六进制值9C58配置偏移补偿100中的电容器组以取消Cenv。除非掩蔽中断，否则CPU 34被中断以通知CPU校准过程成功完成。
移动设备10的制造商在移动设备的开发期间或生产链中确定有效PROXOFFSET值，其被存储在电容式触摸控制器56的PROXOFFSET0寄存器128中。当随后执行偏移补偿100的校准时，比照PROXOFFSET0寄存器128中的制造商的PROXOFFSET值检查新计算的PROXOFFSET值以确定新值是否包括由于用户30接近感测元件58所引起的附加电容。如果用户30接近感测元件58并且执行校准，Cuser的贡献将被吸收为环境电容Cenv的部分，并且即使用户物理上存在也将不报告接近。将新的PROXOFFSET值与由制造商计算的参考PROXOFFSET值相比较允许假的PROXOFFSET读数被丢弃而不是用于产生不正确的接近读数。重计算PROXOFFSET直至确定PROXOFFSET寄存器120的有效值为止。PROXOFFSET0寄存器128被用于确定接近，直至有效补偿值被存储在PROXOFFSET寄存器120中为止。
图9图示了检测用户30到感测元件58的接近的方法。在步骤176中，电容式触摸控制器56确定Cuser。偏移补偿100将感测元件58的自电容转换成成比例的电压电位并且通过使用由PROXOFFSET寄存器120配置的电容器组来取消近似地等同于环境电容Cenv的部分。ADC 102将来自偏移补偿100的电压转换成发射到数字处理单元104的数字值。在执行值的任何所期望的数字处理之后，数字处理单元104将Cuser的数字值存储在PROXUSEFUL寄存器122。
在步骤178中，将PROXUSEFUL寄存器122与PROXTHRESH寄存器124比较。如果PROXUSEFUL寄存器122的值大于PROXTHRESH寄存器124的值，电容式触摸控制器56得出结论用户30接近感测元件58。如果PROXUSEFUL寄存器122的值小于PROXTHRESH寄存器124的值，电容式触摸控制器56得出结论用户30不接近感测元件58。如果检测到接近则设置IRQ寄存器118中的状态位，并且如果未检测到接近则清除，无论是否要触发CPU 34的中断。
在步骤180中，如果适当的话，数字处理单元104设置IRQ寄存器118中的中断位。在检测新的接近事件的情况中，如图9中所图示的，PROXUSEFUL寄存器122最初小于PROXTHRESH寄存器124，并且一旦PROXUSEFUL寄存器变为大于PROXTHRESH寄存器则中断CPU34以指示新的接近事件。在其中PROXUSEFUL寄存器122最初大于PROXTHRESH寄存器124的情况中，高于PROXTHRESH寄存器的PROXUSEFUL寄存器的新值不导致CPU 34的中断。当PROXUSEFUL寄存器122已经大于PROXTHRESH寄存器124时，在PROXUSEFUL寄存器的值落至PROXTHRESH寄存器的值以下时中断CPU 34以通知CPU用户30不再接近感测元件58。在一些实施例中，除基于PROXOFFSET寄存器120的计算之外，还独立地基于PROXOFFSET0寄存器128计算接近。如果相对于PROXOFFSET0寄存器128或PROXOFFSET寄存器120检测到接近，则向CPU 34报告接近。
图10a图示了当未检测到用户30对感测元件58的接近时在图9的步骤178期间的PROXUSEFUL寄存器122和PROXTHRESH寄存器124。将以二进制的数字Cuser值0000 00000001 0011（以十六进制的0013）从ADC 102发射到数字处理单元104并且将其存储在PROXUSEFUL寄存器122中。CPU 34先前已经将值0000 0100 0100 1100（以十六进制的044C）写入到PROXTHRESH寄存器124。PROXUSEFUL寄存器122的值小于PROXTHRESH寄存器124的值，但是非零，指示Cenv的漂移或具有比用户30的身体对电容的更小影响的某物接近感测元件58。PROXUSEFUL寄存器122小于PROXTHRESH寄存器124，并且电容式触摸控制器56得出结论用户30未接近感测元件58。在步骤180中，如果PROXUSEFUL寄存器122的先前值大于PROXTHRESH寄存器124则中断CPU 34，并且中断不被掩蔽以指示先前的接近事件已经结束。
图10b图示了当用户30接近感测元件58时图9的步骤178期间的PROXUSEFUL寄存器122和PROXTHRESH寄存器124。将以二进制的数字Cuser值0000 0100 1100 0000（以十六进制的04C0）从ADC 102发射到数字处理单元104并且将其存储在PROXUSEFUL寄存器122中。CPU 34先前已经将值0000 0100 1100 0000（以十六进制的04C0）写入到PROXTHRESH寄存器124。PROXUSEFUL寄存器122包含大于PROXTHRESH寄存器124的值的值，指示用户30接近感测元件58。在步骤180中，如果PROXUSEFUL寄存器122的先前值小于PROXTHRESH寄存器124则中断CPU 34，并且中断不被掩蔽以指示新的接近事件已经开始。
图11图示了温度对表现出就感测元件58而言的电容的各种元件的累积影响。表现出就感测元件58而言的电容影响的每一个组件具有温度敏感性组件。贡献于感测元件58的自电容的每一个元件的温度敏感性组件相加以计算温度改变对感测元件58的自电容的总体影响。
线190图示了温度对感测元件58和电容式触摸控制器56的集成电路之间的电容的影响。线192图示了由线190图示的温度对电容的影响加上靠近感测元件58的位于PCB 50上的电阻器的影响。线194图示了由线192图示的温度对电容的影响加上靠近感测元件58的迹线和电感器的影响。线196图示了温度改变对感测元件58的自电容的总体累积影响，包括由于天线32和PCB 50上的用于连接外部天线的连接器所引起的对电容的影响，加上由线194图示的影响。
图11示出温度改变对感测元件58的自电容的影响是累积式的。将由于每一个单独组件而在温度范围上的电容的改变进行合计。在移动设备10的温度改变之后，电容式触摸控制器56生成不正确的接近报告。显著的温度改变导致不正确的接近读数，或者防止接近被检测到。
图12a-12b图示了使用温度传感器110和TEMPCOEF寄存器126的值来修改PROXUSEFUL寄存器122以补偿温度改变的方法。图12a图示了由移动设备10的制造商执行以生成和在TEMPCOEF寄存器126中存储定义感测元件58的自电容与移动设备10的温度之间的关系的系数的步骤。
首先在步骤200中，制造商计算第一温度处感测元件58的自电容。制造商照常利用电容式触摸控制器56运行电容感测，并且使用CPU 34来从PROXUSEFUL寄存器122读取Cuser值。
接着，在步骤202中，制造商计算第二温度处感测元件58的自电容。制造商在不显著改变影响电容的其它变量的情况下计算第二温度处的自电容，使得温度对电容的影响被精确反映。制造商捕获每一个温度处的Cuser的若干值以改进精确性。
利用针对至少两个不同温度计算的感测元件58的自电容的值，在步骤204中制造商计算定义温度传感器110的读数与感测元件58的自电容之间的线性关系的系数。例如，制造商得出50℉处的第一电容读数并且电容式触摸控制器56报告由于在类似条件下发生的电容式触摸控制器的校准所引起的0pF的电容。在不改变影响电容的其它变量的情况下，制造商将移动设备10的温度升高到100℉，并且电容式触摸控制器56报告0.05pF的电容。在以上示例中，50℉的温度改变导致0.05pF或0.001pF/℉的感测元件58的自电容中的改变。在一个实施例中，定义温度传感器110的自电容与感测元件58的自电容之间的线性关系的系数在温度变化时，被用作TEMPCOEF寄存器126的值。
在步骤206中，制造商在TEMPCOEF寄存器126中存储所发现的系数。在以上示例中，制造商在TEMPCOEF寄存器126中存储指示每1℉温度改变0.001pF的电容改变的值。在一个实施例中，TEMPCOEF寄存器126通过使用熔丝来防止寄存器的盖写而实现为一次可编程ROM寄存器。在第二实施例中，TEMPCOEF寄存器126被实现为电容式触摸控制器56中的闪速存储器，其允许来自制造商的更新以修改TEMPCOEF寄存器126。在其它实施例中，TEMPCOEF寄存器126被实现为易失性存储器，并且CPU 34在每次电容式触摸控制器56启动时将在步骤204中确定的系数写入到TEMPCOEF寄存器。
图12b图示了使用TEMPCOEF寄存器126和温度传感器110调节自电容读数以补偿温度改变的数字处理单元104的过程。在步骤210中，通过偏移补偿100取消环境电容并且将其余电容转换成电压电平来计算Cuser。ADC 102将电压电平转换成数字值。数字处理单元104将所述值存储在PROXUSEFUL寄存器122中，在一些实施例中，Cuser在针对温度的调节之前未存储在PROXUSEFUL寄存器122中，而是仅在针对温度的调节之后存储。
在步骤212中，数字处理单元104基于自从电容式触摸控制器56最后被校准以来的温度改变而调节PROXUSEFUL寄存器122的值。在图7b中的步骤160期间，数字处理单元104读取温度传感器110的自电容并且将自电容的值存储在电容式触摸控制器56的存储器或寄存器中。在其它实施例中，存储来自温度传感器110的移动设备10的温度值的读数。数字处理单元104在步骤214期间再次读取温度传感器110的自电容，或者移动设备10的温度，并且计算自从电容式触摸控制器56最后被校准以来的改变。将自从最后的校准以来的温度传感器110的读数中的改变与TEMPCOEF寄存器126的值相乘以确定对PROXUSEFUL寄存器122中的值的所要求的总体调节。从PROXUSEFUL寄存器122减去TEMPCOEF寄存器126与温度传感器110中的改变的乘积以针对温度和其它环境因素中的改变而调节。在其中移动设备10的温度低于校准期间的情况下，与TEMPCOEF寄存器126的乘积是负的并且从PROXUSEFUL寄存器122减去导致PROXUSEFUL寄存器中的Cuser的增加的值。
在一个实施例中，移动设备10在电容式触摸控制器56的校准期间处于80℉的温度处，而在Cuser的稍后读数处移动设备处于84℉处。利用+4℉的温度改变和.001Pf/℉的TEMPCOEF寄存器126值，要从PROXUSEFUL寄存器122减去的乘积为4℉*.001pF/℉或者.004pF。从PROXUSEFUL寄存器122的值减去.004pF的等同物，因此PROXUSEFUL寄存器近似地等于在80℉处已经读取的值。在一个实施例中，PROXUSEFUL寄存器122的最低有效位表示1/4000pF，因此在以上示例中要减去的实际二进制值为0000 0000 0001 0000，或以十六进制的0010。
在另一示例中，电容式触摸控制器56在81℉处被校准，并且在75℉处执行感测元件58的自电容的读取。要从PROXUSEFUL寄存器122减去的乘积等于-5℉*.001pF/℉，或-.005pF。为了调节PROXUSEFUL寄存器122，数字处理单元将二进制值0000 0000 0001 0100或十六进制0014添加到PROXUSEFUL寄存器。在一些实施例中，数字处理单元104在存储在PROXUSEFUL寄存器122中之前调节Cuser的值。在其中通过读取温度传感器110的自电容来感测温度的实施例中，确定温度传感器110的自电容中的改变。通过将温度传感器110的电容中的改变和TEMPCOEF寄存器126的值相乘来确定对感测元件58的Cuser读数的所要求的调节。
在步骤214-216中，电容式触摸控制器56继续以正常操作，类似于图9中的步骤178-180，但是其中PROXUSEFUL寄存器122针对由于温度和其它环境因素所致的漂移而调节。在步骤214中，数字处理单元104将针对温度变化而调节的PROXUSEFUL寄存器122与PROXTHRESH寄存器124比较以确定用户30的部分是否接近感测元件58。在步骤216中，如果PROXUSEFUL寄存器122中的值大于PROXTHRESH寄存器124中的值则电容式触摸控制器56中断CPU 34，这是由于感测元件58的自电容的先前读数指示没有接近。
当测量感测元件58的自电容时，电容式触摸控制器56调节读数以计及由温度改变导致的电容漂移。构成要测量的电容的每一个元件（例如IC、连接器、天线和其它组件）具有温度敏感性组件，其均将合计并且创建不正确的接近报告。如果对感测元件58的自电容的漂移影响大于用户30对自电容的预期影响，当用户实际上处于接近区域中时未检测到接近。由于电气组件和对电容的影响之间的线性关系，电容式触摸控制器56通过使用参考温度传感器119来确定温度，然后将温度与在移动设备10的开发期间确定的系数相乘来实现数字温度补偿。从Cuser的读数减去温度与系数的乘积以确定Cuser的无温度漂移值。
虽然已经详细说明了本发明的一个或多个实施例，但是本领域技术人员将领会到，可以在不脱离于如随附权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下做出对那些实施例的修改和适配。

Claims (14)

1.一种检测接近的方法，包括：
提供包括接近传感器的移动设备；
将电容感测元件耦合到所述接近传感器；
确定所述接近传感器的参考补偿值；
将所述参考补偿值存储在所述接近传感器的只读存储器中；
在确定所述参考补偿值后确定所述接近传感器的补偿值；
将补偿值与所述参考补偿值比较以确定补偿值的有效性；以及
使用所述补偿值作为偏移，利用所述接近传感器来测量所述电容感测元件的自电容。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述补偿值作为偏移包括基于补偿值而调节所述接近传感器的电容。
3.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述补偿值作为偏移包括：
将所述接近传感器的电压电位成比例地调节到所述补偿值；
将电压电位耦合到模数转化器以生成电压电位的数字表示；以及
基于移动设备的温度而调节所述数字表示。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括将经调节的电压电位与阈值比较以确定对象到移动设备的接近。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括计算定义所述接近传感器的电容与移动设备的温度之间的关系的系数。
6.一种检测接近的方法，包括：
提供接近传感器；
确定所述接近传感器的参考补偿值；
将第一接近读数与参考补偿值比较以将第一接近读数评估为有效补偿值或无效补偿值；
如果第一接近读数是有效补偿值，则使用第一接近读数来调节所述接近传感器的后续读数；以及
如果第一接近读数是无效补偿值，则将第二接近读数与参考补偿值比较以将第二接近读数评估为有效补偿值或无效补偿值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中调节所述接近传感器的后续读数包括：
提供电容器组；以及
基于第一接近读数而调节电容器组。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括确定定义所述接近传感器的电容与所述接近传感器的温度之间的关系的系数。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
使用所述系数和所述接近传感器的温度而调节所述接近传感器的后续读数。
10.根据权利要求6所述的方法，还包括基于所述接近传感器的后续读数而调节射频信号。
11.一种接近传感器，包括：
存储器，包括存储在所述存储器中的参考补偿值；
用于将所测量的补偿值与参考补偿值比较的比较器；
偏移补偿设备，其被配置成基于所测量的补偿值而降低所述接近传感器的电压电位；以及
模数转换器，其包括耦合到所述电压电位的输入。
12.根据权利要求11所述的接近传感器，还包括耦合到所述接近传感器的温度传感器。
13.根据权利要求11所述的接近传感器，其中偏移补偿设备还包括由所测量的补偿值控制的电容器组。
14.根据权利要求11所述的接近传感器，还包括耦合到模数转换器的输出的数字处理器。
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