CN106211028A - 用于移动设备中的电容式近场通信的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于移动设备中的电容式近场通信的方法和设备。一种移动设备包括导电元件和接地节点。导电元件被配置成被接近传感器检测。切换器耦合在导电元件与接地节点之间。导电元件通过闭合切换器而耦合到接地节点。第一存储器元件被配置成控制切换器。第一存储器元件包括耦合到切换器的控制端的寄存器位。数据输出被配置成控制切换器。FIFO被配置成向数据输出提供数据。第一存储器元件包括FIFO。电容式触摸控制器被配置成测量导电元件的电容。数字处理单元被配置成将导电元件的电容转换成数据位。第二存储器元件被配置成存储数据位。

Description

用于移动设备中的电容式近场通信的方法和设备

技术领域

本发明一般涉及无线通信，并且更具体地涉及用于移动设备中的电容式近场通信的方法和设备。

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。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通过区域周围移动设备10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（proximity）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。

图3a图示了其中触摸屏12的部分被移除以揭示近场通信（NFC）回路天线50和NFC芯片52的移动设备10。NFC回路天线50显著小于用于通过NFC回路天线的通信的载波信号的波长。NFC回路天线50相比于载波信号的波长的短长度降低从NFC回路天线辐射的电磁波的幅度而同时仍旧产生靠近回路天线的显著磁场或电场。移动设备10的NFC回路天线50与具有NFC回路天线的另一设备之间的感应耦合允许两个设备之间的通信。

如图3b中所图示的，NFC技术被用于在两个移动设备之间的通信，诸如移动设备10和移动设备54。用户30可以通过将移动设备保持在几英寸内并且发起NFC通信来在移动设备10与移动设备54之间传递文件或其它数据。在一些实施例中，在具有NFC的两个设备在彼此的范围内时NFC通信被自动触发。当检测到移动设备54靠近移动设备10的NFC回路天线50时，触摸屏12显示用户30可以从其选择以利用NFC连接的各种选项。

虽然NFC使得能够实现移动设备10的有用功能，但是NFC回路天线50和NFC芯片52在针对部分所要求的面积以及制造成本和复杂性方面为移动设备10添加了显著成本。NFC能力不仅要求NFC回路天线50和NFC芯片52的添加，而且在移动设备10中要求诸如电阻器和电容器之类的许多其它部分以使NFC工作。此外，通过NFC回路天线50进行发射汲取显著量的电流，这耗费移动设备10的电池功率。

移动设备制造商的一个目标是降低在移动设备中使用的部分的数目。降低移动设备中的部分的数目允许移动设备被制造得更薄且更加轻量，这是当今消费者所期望的特性。降低部分的数目还降低制造移动设备的成本和复杂性，这对于制造商而言增加利润并且对于消费者而言降低价格。

制造商降低用于制成移动设备的部分的数目的一种方式是使用现有部分来添加新的功能，或者使用单个部分用于先前要求多个部分的多个功能。挑战存在于组合功能以使用更少的部分。许多时候，部分不可同时用于多个功能，因此，功能必须被时间复用。时间复用意味着当某一部分用于多个功能时，该部分在任何给定时间处仅被用于所述功能之一。组合功能以使用更少部分的另一项挑战是使现有技术适配于新的用途。在一些情况中，使用现有部分以用于新的功能所必要的修改不是显而易见的，或者要求对集成电路模块的改变。

发明内容

存在使得能够实现移动设备与其它附近设备之间的通信而不向移动设备添加部分和复杂电路系统的需要。因此，在一个实施例中，本发明是一种制作移动设备的方法，包括以下步骤：提供导电元件，提供接地节点，提供耦合在导电元件与接地节点之间的切换器，提供被配置成控制切换器的第一存储器元件；以及提供被配置成测量导电元件的电容的电容式触摸控制器。

在另一实施例中，本发明是一种制作移动设备的方法，包括以下步骤：提供导电元件，提供接地节点，提供耦合在导电元件与接地节点之间的切换器，以及提供被配置成控制切换器的第一存储器元件。

在另一实施例中，本发明是一种制作移动设备的方法，包括以下步骤：提供导电元件，提供接地节点，以及提供耦合在导电元件与接地节点之间的切换器。

在另一实施例中，本发明是一种移动设备，包括导电元件和接地节点。切换器耦合在导电元件与接地节点之间。

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图示了包括电感式近场通信能力的移动设备；

图4a-4b图示了包括接近传感器的移动设备；

图5a-5c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6a-6c图示了第一移动设备的接近感测元件与第二移动设备的接近感测元件之间的电场；

图7a-7b图示了包括使用感测元件发射数据的能力的电容式触摸控制器；

图8a-8b图示了使用电容式NFC在两个移动设备之间传输数据；以及

图9a-9b图示了用于通过电容式NFC发射和接收数据的FIFO。

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4a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）55、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 55。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 55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 55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 55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 55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。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，将感测元件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是否超过用于确认接近的阈值。

感测元件58是在PCB 55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感测元件的给定电压电位。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 55的表面上的屏蔽区域降低感测元件检测移动设备10的背侧上的导电材料的能力。

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。电容式触摸控制器56由CPU 34通过切换（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。

在图4b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5a是图示了形成在PCB的顶表面上的感测元件58和可选的屏蔽区域60的PCB 55的部分横截面。可选的屏蔽区域70形成在与感测元件58和屏蔽区域60相对的PCB 55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 55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 55的表面上。在一个实施例中，使用多层PCB 55，其包括PCB的顶表面和底表面之间的层上的电子组件。在PCB 55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 55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 55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 55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5a-5c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 55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。

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电容率的材料形成。

图5b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5c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中的电荷提高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高感测元件的自电容。在图5c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取相关联的程序代码。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。

电容式触摸控制器56使用感测元件58来检测除用户30的身体部分之外的导电对象的接近。图6a图示了放置成接近移动设备10的感测元件58的移动设备54的感测元件88。电场86与感测元件88相互作用并且电容式触摸控制器56检测到感测元件58的自电容已经改变。当电容式触摸控制器56改变感测元件58的电压电位时，在感测元件88中吸引相反电荷。

由电容式触摸控制器56检测作为Cuser的感测元件88对感测元件58的自电容的影响。移动设备54能够控制感测元件88的电气连接性，从而改变感测元件88对感测元件58的自电容的影响。通过重复地改变感测元件88对感测元件58的自电容的影响，移动设备54向移动设备10发射数字信号。移动设备10重复地感测感测元件58的自电容以从移动设备54接收数字信号。

图6b和6c图示了修改感测元件88对感测元件58的自电容的影响以从移动设备54向移动设备10发射二进制数据信号的移动设备54。在图6b中，移动设备54将感测元件88耦合到接地节点90。移动设备54包括提供感测元件88与接地节点90之间的连接的电容式触摸控制器。接地节点90是用于感测元件88的电荷源。当电容式触摸控制器56修改感测元件58的电压电位时，相反电荷经由接地节点90被吸引到感测元件88。通过接地节点90吸引到感测元件88的相反电荷要求更多电荷通过电容式触摸控制器56供应到感测元件58以达到给定电压电位。电容式触摸控制器56将供应到感测元件58以达到给定电压电位的附加电荷识别为自电容的Cuser分量中的增加。连接到接地节点90的感测元件88对感测元件58的自电容具有与用户30的手指84或另一身体部分类似的影响。

在图6c中，移动设备54通过使用切换器92将感测元件88从接地节点90断开。移动设备54通过将感测元件88从接地节点90和其它电荷源断开而将感测元件88置于高阻抗（或者hi-z）状态。处于高阻抗状态意味着流动到感测元件88或者从感测元件88流动的电流量显著降低。切换器92由操作为切换器的移动设备54的电容式触摸控制器内的一个或多个晶体管形成。在其它实施例中，使用在接地和高阻抗之间切换感测元件88的连接的任何方法。

切换器92降低去往和来自感测元件88的电荷流。当电容式触摸控制器56改变感测元件58的电压电位时，没有显著的相反电荷被吸引到感测元件88中。移动设备54不提供到感测元件88中的显著电荷源，因为切换器92已经将感测元件88从接地节点90断开。当感测元件58上的电荷改变时，已经在感测元件88上的任何电荷在感测元件88内四处移动。然而，没有显著的附加电荷被吸引到感测元件88上，因为切换器92切断电荷的供应，即接地节点90。在没有被吸引到感测元件88中的附加的相反电荷的情况下，感测元件88对感测元件58的自电容的影响降低。电容式触摸控制器56不检测来自感测元件88的接近区域的Cuser中的显著增加。断开切换器92将感测元件88置于高阻抗状态对感测元件58的自电容具有与从感测元件58的接近区域移除手指84或用户30的另一身体部分类似的影响。再次闭合切换器92以将感测元件88耦合到接地节点90，如图6b中所图示的，具有与将用户30的身体部分移动回到感测元件58的接近区域中的类似影响。

通过在连接到接地节点90和高阻抗之间相继切换感测元件88，移动设备54向移动设备10发射数字数据信号。移动设备10至少与移动设备54改变感测元件58的自电容一样快地检测感测元件58的自电容以接收数字数据信号。

使用感测元件58和88的移动设备10与移动设备54之间的通信是串行通信链路。类似于本领域中已知的协议的各种协议被用于经由串行数据连接发射数据。使用同步或异步数据传输模式。在一个实施例中，感测元件88到接地节点90的连接对应于逻辑“1”值而将感测元件88置于高阻抗状态对应于逻辑“0”值。在其它实施例中使用对数字数据进行编码的其它形式。各种实施例以任何数目和组合使用起始位、停止位、校验位和数据位以发射串行数据分组。

电容式触摸控制器56包括将感测元件58连接到接地节点或高阻抗的能力。移动设备54包括能够测量感测元件88的自电容的电容式触摸控制器56。为了从移动设备10向移动设备54发射数字数据，感测元件58相继连接在接地节点和高阻抗之间而同时移动设备54测量感测元件88的自电容。移动设备10使用与移动设备54用于向移动设备10进行发射所使用的类似的协议来向移动设备54发射数据。

双向通信通过对移动设备54与移动设备10之间的传输的方向进行时间复用而是可能的。类似于其它半双工通信方法的协议被用于控制通信的方向。在一些实施例中，每一个移动设备包括用于电容式NFC的两个感测元件，其被定位成使得一个移动设备的发射垫处于对应于第二移动设备上的接收垫的位置中。当移动设备10和移动设备54面对面或背对背放置时，移动设备10包括接近移动设备54的接收感测元件的发射感测元件，并且移动设备10包括接近移动设备10的发射感测元件的接收感测元件。

图7a是电容式触摸控制器56的内部组件的框图。模拟前端（AFE）102检测感测元件58的自电容并且向数字处理单元104输出自电容的数字值。当经由电容式NFC接收到数据时，接近读数被用于接收数据。寄存器106包含由电容式触摸控制器56用于向CPU 34报告信息或者由CPU用于配置电容式触摸控制器的各种硬件寄存器。数据输出108在数据的传输期间被电容式触摸控制器56通过电容式NFC使用。数据输出108基于要发射的数据而将感测元件58连接到接地电位或者连接到高阻抗。当电容式触摸控制器56经由电容式NFC向另一移动设备发射数据时，复用器（MUX）或切换器110将感测元件58耦合到数据输出108，并且否则将感测元件耦合到AFE 102以用于感测用户30的接近或经由电容式NFC接收数据。

AFE 102包括可配置的电容器组，其被调节成近似取消Cenv的影响使得由于外部导电材料的接近所引起的电容（Cuser）被隔离和精确地测量。Cuser是在感测元件58被用于检测用户的接近时可归因于用户30的身体部分的感测元件58的自电容的部分。Cuser是在移动设备10经由电容式NFC接收数据时可归因于另一移动设备的感测元件的感测元件58的自电容的部分。

来自寄存器106的数字值基于Cenv的先前读数来配置AFE 102中的电容器组。AFE 102中的可配置电容器组被用于生成与先前所检测的Cenv近似成比例的电压。AFE 102还生成与Csensor（即感测元件58的总自电容）近似成比例的电压。AFE 102从与Csensor成比例的电压减去与Cenv成比例的电压以产生与Cuser近似成比例的电压。通过AFE 102内的模数转换器将与Cuser成比例的电压转换成数字值并且将其输出到数字处理单元104。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。

数字处理单元104从AFE 102接收与Cuser近似地成比例的数字值并且将所述值写入到寄存器106中的硬件寄存器。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CPU 34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以便电容式触摸控制器56向CPU 34报告接近。如果来自AFE 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中的接近状态标志变为逻辑“1”，并且CPU 34被中断以处理接近事件。

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Cuser值时将Cuser的数字值存储在寄存器106中。在一个实施例中，数字处理单元104将来自AFE 102的原始Cuser值存储在寄存器106中。在其它实施例中，数字处理单元104在存储在寄存器106之前调节Cuser值，例如通过针对Cenv的漂移调节Cuser或者通过对高频噪声进行滤波。

寄存器106包含被CPU 34用来配置电容式触摸控制器56或者被电容式触摸控制器用来向CPU报告接近和其它信息的各种存储器映射硬件寄存器。寄存器106的一些硬件寄存器被制造商设置用于制造商期望在移动设备10的寿命内永久地设置或直到被制造商的更新所修改的配置方面。寄存器106包括用于在用户30的接近状态已经改变（即用户已经进入或离开感测元件58的接近区域）时通知CPU 34的中断请求（IRQ）位。寄存器106还包括用于Cuser的新读数或Cenv的新校准的完成的IRQ位。除其它用途之外，寄存器106尤其被CPU 34用于设置在视为检测到接近时的Cuser的阈值，重置电容式触摸控制器56，并且设置周期性电容读取以其发生的频率。

寄存器106包括由移动设备10的制造商设置的只读寄存器。一个只读寄存器被用于存储参考Cenv读数，制造商在移动设备10处于已知状态的情况下计算所述参考Cenv读数。参考Cenv读数被用于验证在没有用户30处于接近区域中的情况下有效地得出后续的Cenv读数，并且还被用于在没有其它Cenv值可用时检测接近。寄存器106中的另一个只读寄存器被用于存储感测元件58的自电容的温度系数。感测元件58的自电容具有与移动设备10的温度近似地线性的关系。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存储在寄存器106中以供数字处理单元104用于精确地调节Cuser读数以计及温度改变。

寄存器106包括指示Cuser的最新测量是否指示用户30处于接近区域中的状态位。CPU 34在任何点处读取状态位以确定用户30的接近状态。逻辑“0”指示用户30不在移动设备10的接近区域中，并且逻辑“1”指示用户在接近区域中。在一些实施例中，当在电容式NFC模式中时，CPU 34读取寄存器106中的状态位以确定来自另一设备的数据的最后位。在其它实施例中，寄存器106包含用于所接收的数据的数据寄存器或FIFO，并且CPU 34一次从寄存器106读出数据的一个或多个字节。

作为用于先入先出的首字母缩略词的FIFO是持有数据的多个字节或字的存储器设备。由于通过感测接近一次一位地接收数据，因此数据处理单元104将位收集成字节或字并且将数据存储在FIFO中。通知CPU 34数据在FIFO中可用，同时电容式触摸控制器56继续经由电容式NFC接收数据并且将数据存储在FIFO中。CPU 34以数据处理单元104将数据写入到FIFO中的次序从FIFO读取所接收到的数据，直到FIFO没有数据。

数据输出108包括将感测元件58连接到接地节点或者将感测元件58置于高阻抗状态中的切换器。数据输出108中的切换器控制感测元件58是否将被另一附近感测元件检测到。当数据输出108将感测元件58连接到接地节点时，感测元件由另一设备检测到。当数据输出108将感测元件58置于高阻抗状态时，感测元件未被另一设备检测到。

数据输出108从寄存器106读取或接收通过电容式NFC传输的数据。在一个实施例中，数据输出108一次接收单个位并且相应地切换（toggle）感测元件58与接地节点之间的连接。在其它实施例中，数据输出108一次处理整个字节或字。多位总线将要传输的数据传送到数据输出108中，并且数据输出108通过相应地切换感测元件58与接地之间的连接来一次一个地传送每个位。

MUX 110在耦合到AFE 102和耦合到数据输出108之间切换感测元件58。如果移动设备10通过电容式NFC向另一设备发射数据，MUX 110将感测元件58连接到数据输出108。AFE 102从感测元件58断开。如果移动设备10经由电容式NFC从另一设备接收数据，或者检测用户30的接近，MUX 110将AFE 102连接到感测元件58以用于自电容的测量。数据输出108从感测元件58断开。MUX 110未在具有单独的感测元件的实施例中使用以用于发射和接收数据。AFE 102连接到一个感测元件，而数据输出108连接到另一感测元件。

图7b详细图示了数据输出108。数据控制120从寄存器106接收要经由电容式NFC传输的数据。切换器122将感测元件58连接到接地节点124，或者将感测元件从接地节点断开使得感测元件处于高阻抗状态。

在一个实施例中，数据控制120一次从寄存器106得到一位。如果来自寄存器106的位是逻辑“1”，数据控制120闭合切换器122使得感测元件58被另一移动设备的接近传感器检测到，从而将逻辑“1”传送至另一移动设备。如果来自寄存器106的位是逻辑“0”，数据控制120断开切换器122使得感测元件58不连接到接地节点124。感测元件58处于高阻抗并且未被另一移动设备的接近传感器检测到。另一移动设备理解到正在发射逻辑“0”。

在另一实施例中，数据控制120包含可以持有来自寄存器106的数据的字节或字的存储器设备。数据控制120从寄存器106读取或接收数据的字节或字并且相应地切换切换器122以便一次一位地发射数据。一旦字节或字被发射，如果更多数据需要被发射，则数据控制120从寄存器106读取或接收另一字节或字。

切换器122是具有耦合到感测元件58的漏端、耦合到接地节点124的源端和耦合到数据控制120的栅端的N沟道MOSFET。切换器122的栅端是切换器122的控制端，并且控制源和漏端之间的电流。切换器122的源和漏端是导电端子。在其它实施例中，使用其它类型的电气切换器。当数据控制120向切换器122的栅端输出逻辑“1”（即正电压）时，在N沟道MOSFET内产生反型层（inversion layer），其创建用于感测元件58和接地节点124之间的电流的导电沟道。感测元件58被另一移动设备检测到，并且逻辑“1”经由电容式NFC发射。当数据控制120输出逻辑“0”（即近似等于接地电位的电压）时，切换器122的N沟道MOSFET中的沟道闭合，从而降低电流在接地节点124和感测元件58之间流动的能力。感测元件58不接收与另一移动设备的感测元件上的电荷相反的显著量的电荷。感测元件58不显著影响另一移动设备的感测元件的自电容。另一移动设备由于未检测到感测元件58而接收逻辑“0”。

图8a图示了当移动设备10经由电容式NFC向移动设备54发射数据时所使用的电容式触摸控制器的部分。在其它实施例中，移动设备10通过电容式NFC与其它设备通信，诸如零售销售点（POS）系统、广告资讯站、安全系统、机动车辆、健身器械、家庭自动化装备和配备有类似于电容式触摸控制器56和130的电容式触摸控制器的其它设备。

CPU 34发起数据传递。在一个实施例中，CPU 34控制电容式NFC传输的时序和数据速率，以及与移动设备54的握手。当CPU 34控制时序时，CPU 34首先对寄存器106中的位进行写入以切换MUX 110并且将数据输出108连接到感测元件58。一旦数据输出108连接到感测元件58，CPU 34通过对寄存器106中的另一位进行写入来控制切换器122。CPU 34通过将逻辑“1”写入到所述位来将感测元件58连接到接地节点124，并且通过将逻辑“0”写入到所述位来将感测元件58置于高阻抗中。在其它实施例中，电容式触摸控制器56处理时序、数据速率和与移动设备54的电容式触摸控制器130的握手。CPU 34将数据的字节或字写入到寄存器106并且电容式触摸控制器56发射数据。

寄存器106包括用于存储用于经由电容式NFC的传输的数据的存储器元件。CPU 34将某一位、字节、字或多个字节或字写入到寄存器106中的存储器元件以供传输。在一个实施例中，CPU 34将某一字节写入到寄存器106。数据输出108使用感测元件58来发射所述字节，并且然后CPU 34被中断以发送另一字节以供传递。在另一实施例中，寄存器106包括CPU 34对其进行写入直到FIFO为满的FIFO。数据输出108以CPU 34写入数据的相同次序发射位于FIFO中的数据。如果FIFO变满，CPU 34在FIFO不再为满时被中断以继续写入数据。

数据输出108从寄存器106读取数据片段，所述数据片段指导数据控制120如何操作切换器122。在其中CPU 34处理数据速率和握手的实施例中，CPU 34用于控制感测元件58的寄存器106中的寄存器位耦合到切换器122的栅极。在利用寄存器106中的FIFO的实施例中，数据输出108从FIFO接收指示已经从CPU 34接收到数据的信号。数据输出108将要发射的下一数据片段弹出FIFO并且将数据存储到数据控制120中。

数据控制120按需操作切换器以使用感测元件58通过电容式NFC发射数据。在一些实施例中，数据控制120是将切换器122的栅极连接到由CPU 34控制的寄存器106中的位的直通（pass-through）。在其它实施例中，数据控制120包含用于临时存储要发射的下一数据片段的多位存储器元件。数据控制120通过使用移动设备54预期适当地接收数据的时序来更新针对每一位的切换器122的状态。切换器122将感测元件58在耦合到地以发射逻辑“1”和耦合到高阻抗以发射逻辑“0”之间切换。

将移动设备10和移动设备54放置成接近彼此，其中感测元件58接近感测元件88。当感测元件58耦合到接地节点124时，感测元件58具有对感测元件88的自电容的显著影响，并且接近由电容式触摸控制器130检测到。当感测元件58是高阻抗时，感测元件58不具有对感测元件88的自电容的显著影响，并且未检测到接近。

AFE 132测量感测元件88的自电容，并且将与可归因于感测元件58的电容近似地成比例的数字值输出到数字处理单元134。数字处理单元134将来自AFE 132的数字值与寄存器136中的阈值比较以确定是否检测到接近，即由移动设备10发射逻辑“1”还是逻辑“0”。在一个实施例中，数字处理单元134设置寄存器136中的接近状态位。CPU 140被中断以读取接近状态，其包含由移动设备10发射的位。CPU 34从寄存器136中的接近状态位收集单独的位并且将所述位连结成字节、字或其它数据结构以供CPU进一步处理。在另一实施例中，数字处理单元134将所述位作为字节或字存储在寄存器136中，并且CPU 34在接收到整个数据结构时被中断。

图8b图示了通过使用电容式NFC一次一位地从移动设备10向移动设备54发射数据的方法。在步骤150中，移动设备10通过CPU 34将要被传递的位写入到寄存器106中的硬件寄存器来发起数据位的传输。在一个实施例中，CPU 34在将位写入到寄存器106之前等待预确定的时间段以确保之前发射的位被移动设备54接收。在发射两位之间等待的时间段在开始数据传输之前由电容式NFC标准设置或者由移动设备10和移动设备54协商。在其它实施例中，CPU 34一次将多于单个位写入到寄存器106。

在步骤152中，数据控制120从寄存器106读取或接收数据位并且控制切换器122将感测元件58连接到接地节点124或高阻抗。如果CPU 34将逻辑“0”写入到寄存器106，数据控制120断开切换器122以将感测元件58置于高阻抗状态中。当感测元件58被设置成高阻抗时，感测元件58不具有对感测元件88的自电容的显著影响，并且移动设备54未检测到接近。如果CPU 34将逻辑“1”写入到寄存器106，切换器122被闭合并且感测元件58耦合到接地节点124。当感测元件58耦合到接地电位时，感测元件58具有对感测元件88的自电容的显著影响。移动设备54检测到接近。

在一个实施例中，被CPU 34用于发射数据位的寄存器106中的物理存储器设备的输出耦合到切换器122的栅极。CPU 34通过对寄存器106进行写入来直接控制切换器122的状态。在其中CPU 34一次将多个传递位写入到寄存器106的实施例中，数据控制120负责从寄存器106接收多个位并且根据在移动设备10与移动设备54之间使用的协议一次一个地发送每一位。

在步骤154中，电容式触摸控制器130执行接近检测。AFE 132与AFE 102类似地操作，取消感测元件88的环境自电容以留下可归因于感测元件58的自电容的部分Cuser。AFE 132包括模数转换器，其向数字处理单元134输出与Cuser成比例的数字值。数字处理单元134与数字处理单元104类似地操作，并且通过CPU 140将Cuser与配置在寄存器136中的阈值比较以确定是否感测到接近。如果Cuser大于或等于阈值，电容式触摸控制器130检测到接近并且逻辑“1”被写入到接近状态位。如果Cuser小于阈值，未检测到接近并且将逻辑“0”被写入到接近状态位。CPU 140在存储新的接近状态时被中断。

在一个实施例中，CPU 140将电容式触摸控制器130配置成针对增加的接近检测频率得到较高的数据传递速率。在一些实施例中，CPU 140将电容式触摸控制器130配置成数据接收模式。电容式触摸控制器130在每次读取接近时不中断CPU 140，而是将来自接近读数的位收集成如由CPU 140配置的数据的字节、字或其它量。当由电容式触摸控制器130收集到整个字节或字时，CPU 140被中断以读取字节或字而不是单个位。

在步骤158中，CPU 140读取寄存器106中的存储器映射接近标志。CPU 140处于预期接收数据的状态，并且正确地将接近状态标志视为来自移动设备10的下一数据位。CPU 140将从移动设备10接收的数据位收集成可由CPU 140使用的字节、字或其它数据结构。

图9a图示了由移动设备10用于经由电容式NFC向另一设备发射数据的发射（TX）FIFO 162。TX FIFO 162被图示为持有6个数据片段，其中每一个数据片段为一个字节。在其它实施例中，TX FIFO 162更小或更大。在一个实施例中，TX FIFO 162持有1024个数据片段，其中每一个数据片段为32位字。CPU 34通过将字节写入到TX FIFO 162来发起到另一移动设备的传递。通知数据输出108 TX FIFO 162包含作为逻辑“0”的来自TX FIFO的FIFO空标志的数据。数据输出108从TX FIFO 162读取数据字节并且通过在接地和高阻抗之间切换感测元件58来一次一位地发射数据。

在数据输出108忙于发射由CPU 34写入的第一字节的同时，CPU继续将数据写入到TX FIFO 162。CPU 34继续将要发射的数据写入到TX FIFO 162直至TX FIFO包含要传输的下6个字节。当TX FIFO 162包含要发射的6个字节时，TX FIFO为满。通过变为逻辑“1”的FIFO满标志来通知CPU 34 TX FIFO 162为满。当FIFO满标志返回到逻辑“0”时CPU 34继续写入要发射的数据。在一些实施例中，当一个字节在TX FIFO 162中可用时FIFO满标志返回到逻辑“0”。在其它实施例中，CPU 34利用当CPU被中断时在TX FIFO 162中可用的特定数目的字节来配置电容式触摸控制器56。

TX FIFO 162包括两个地址指针，一个地址指针用于通过CPU 34的写入并且一个地址指针用于通过数据输出108的读取。当移动设备10被重置时，读取指针和写入指针被设置到地址0，并且FIFO空标志为逻辑“1”。CPU 34对电容式触摸控制器56中的单个地址进行写入，并且被写入的数据去往由写入指针指示的TX FIFO 162中的地址。当CPU 34向TX FIFO 162写入字节时，写入指针递增到地址1而同时读取指针保持在地址0处。FIFO空标志被设置成逻辑“0”。当数据输出108从TX FIFO 162读取字节时，读取指针递增到地址1，并且写入指针保持在地址1处。FIFO空标志被设置成逻辑“1”。

当CPU 34继续将数据写入到TX FIFO 162中时，写入指针针对写入的每一个字节而递增。在CPU 34对地址5进行写入之后，写入指针返回到地址0并且CPU将下一字节写入到地址0。当CPU 34对地址0进行写入时，断言到CPU 34的FIFO满标志。读取指针已经保持在地址1处，指示地址1仍旧包含要发射的数据。FIFO满标志被设置成使得CPU 34不盖写尚未发射的地址1中的数据。当数据输出108继续从TX FIFO 162读取数据并且经由感测元件58发射数据时，读取指针针对从TX FIFO读取的每一个字节而递增。最终，读取指针追上写入指针并且已经发射所有待决数据。断言FIFO空标志以提醒数据输出108没有更多数据可用于被发射。

图9b图示了由电容式触摸控制器56用于收集通过电容式NFC接收的数据的接收（RX）FIFO 164。在其中数据一次在一个方向上发射的一些实施例中，相同FIFO被用于RX FIFO 164和TX FIFO 162。通过改变哪个模块对FIFO进行写入和哪个模块从FIFO进行读取来在RX与TX之间重配置FIFO。RX FIFO 164被图示为持有6个数据片段，其中每一个数据片段是一个字节。在其它实施例中，RX FIFO 164更小或更大。在一个实施例中，RX FIFO 164持有1024个数据片段，其中每一个数据片段为32位字。通过CPU 34将电容式触摸控制器56设置到数据接收模式中被发起数据传递。通过电容式触摸控制器56执行电容接近读取来一次一个地读取每一个后续位。在一个实施例中，CPU 34以另一设备被配置成以其发送数据的相同速率来配置自动周期性接近检测。

为了检测接近，AFE 102生成与Cuser（即可归因于另一设备的感测元件58的自电容的部分）近似地成比例的数字值。数字处理单元104从AFE 102接收数字Cuser值，并且将Cuser值与阈值比较以确定发射设备正在发送逻辑“1”还是逻辑“0”。如果Cuser值等于或大于用于检测接近的阈值，检测到接近并且接收到逻辑“1”。如果Cuser值小于用于检测接近的阈值，没有检测到接近并且接收到逻辑“0”。

数字处理单元104收集临时寄存器中的所接收的位直至已经接收到完整的字节为止。当用8位所接收的数据填满临时寄存器时，将所接收的字节写入到RX FIFO 164。数字处理单元104继续接收数据并且将数据存储在RX FIFO 164中直至RX FIFO向数字处理单元104断言FIFO满标志。如果RX FIFO 164为满，在RX FIFO中存储附加数据盖写现有数据。CPU 34向另一设备发射消息以停止发送附加数据，并且以重发送在RX FIFO 164变满与由另一设备接收到停止消息之间发射的任何数据。

当所接收的数据在RX FIFO 164中可用时，向CPU 34断言FIFO IRQ以提醒CPU数据可供从RX FIFO读取使用。CPU 34从RX FIFO 164读取字节直至RX FIFO为空，并且在所接收的数据上执行必要的任何操作。RX FIFO 164与TX FIFO 162类似地操作，其中在每次数字处理单元104将所接收到的字节存储在RX FIFO中时写入指针递增并且在每次CPU 34读取字节时读取指针递增。

在移动设备中常见的使用接近传感器的电容式NFC允许紧密物理接近的多个设备之间的数据的安全传递。相比于现有的电感式NFC，利用通常已经使用在移动设备中的接近传感器降低制造移动设备的开销和复杂性，并且还降低电池使用。两个移动设备或一个移动设备和另一类型的设备与面向彼此的传感器元件一起紧密放置。接收侧执行相继的电容感测测量而发射侧在接地电位与高阻抗之间切换感测元件，这生成要发送的位流。为了得到更高的位率，接收侧执行更快的电容测量而发射侧在接地电位与高阻抗之间更快地切换感测元件。

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 (15)

1.一种制作移动设备的方法，包括：

提供导电元件；

提供接地节点；

提供耦合在导电元件与接地节点之间的切换器；

提供被配置成控制切换器的第一存储器元件；以及

提供被配置成测量导电元件的电容的电容式触摸控制器。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将导电元件配置成被接近传感器检测。

3.根据权利要求1所述的方法，其中提供第一存储器元件包括提供耦合到切换器的控制端的寄存器位。

4.根据权利要求1所述的方法，其中提供第一存储器元件包括提供FIFO。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括提供被配置成将导电元件的电容转换成数据位的数字处理单元。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括提供被配置成存储数据位的第二存储器元件。

7.一种制作移动设备的方法，包括：

提供导电元件；

提供接地节点；

提供耦合在导电元件与接地节点之间的切换器；以及

提供被配置成控制切换器的第一存储器元件。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括将导电元件配置成被接近传感器检测。

9.根据权利要求7所述的方法，其中提供第一存储器元件包括提供耦合到切换器的控制端的寄存器位。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括提供被配置成将导电元件的电容值转换成数据位的数字处理单元。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括提供被配置成存储数据位的第二存储器元件。

12.一种移动设备，包括：

导电元件；

接地节点；以及

耦合在导电元件与接地节点之间的切换器。

13.根据权利要求12所述的移动设备，还包括耦合到切换器的控制端的寄存器位。

14.根据权利要求12所述的移动设备，还包括被配置成测量导电元件的电容的电容式触摸控制器。

15.根据权利要求12所述的移动设备，还包括被配置成将导电元件的电容转换成数据位的数字处理单元。