CN107015712B - 电容性图像传感器中的灵活的频率偏移 - Google Patents

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Abstract

用于电容性感测装置的实例处理系统包括被耦合至第一和第二多个传感器电极的传感器电路。所述传感器电路被配置成在第一感测操作中以第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第二感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第一改变和电容的第二改变，其中所述第一和第二感测频率是实质上正交的。所述传感器电路被配置成在第二感测操作中以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第三改变和电容的第四改变，其中所述第一感测频率和所述第三感测频率是实质上正交的。所述处理系统被配置成根据电容的改变确定电容性感测数据。

Description

电容性图像传感器中的灵活的频率偏移
技术领域
公开的实施例一般涉及电容性感测，并且更特别地，涉及电容性图像传感器中的灵活的频率偏移。
背景技术
包括接近传感器装置(通常也被称为触摸板或触摸传感器装置)的输入装置被广泛地使用在各种各样的电子系统中。接近传感器装置典型地包括常常由表面区分的感测区域，在其中所述接近传感器装置确定一个或更多输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可以被用于提供针对所述电子系统的接口。例如，接近传感器装置常常被用作用于较大的计算系统的输入装置(诸如被集成在笔记本或台式计算机中或者外接至笔记本或台式计算机的不透明的触摸板)。接近传感器装置也常常被使用在较小的计算系统(诸如被集成在蜂窝电话中的触摸屏)中。
发明内容
用于电容性图像传感器中的灵活的频率偏移的技术被描述。在实施例中，用于电容性感测装置的处理系统包括具有被耦合至第一多个传感器电极和第二多个传感器电极的传感器电路的传感器模块。所述传感器电路被配置成在第一感测操作中以第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第二感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第一变化和电容的第二变化，其中所述第一感测频率和所述第二感测频率实质上是正交的。所述传感器电路被配置成在第二感测操作中以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第三变化和电容的第四变化，其中所述第一感测频率和所述第三感测频率实质上是正交的。所述处理系统包括确定模块，其被耦合至所述传感器电路，其被配置成根据电容的所述第一和第二变化确定第一电容性感测数据，并且根据电容的所述第三和第四变化确定第二电容性感测数据。
在另一实施例中，输入装置包括第一多个传感器电极、第二多个传感器电极、以及被耦合至所述第一和第二多个传感器电极的处理系统。所述处理系统被配置成在第一感测操作中以第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第二感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第一变化和电容的第二变化，其中所述第一感测频率和所述第二感测频率实质上是正交的。所述处理系统被配置成在第二感测操作中以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第三变化和电容的第四变化，其中所述第一感测频率和所述第三感测频率实质上是正交的。所述处理系统被配置成根据电容的所述第一和第二变化确定第一电容性感测数据，并且根据电容的所述第三和第四变化确定第二电容性感测数据。
在另一实施例中，操作具有第一和第二多个感测电极的电容性感测装置的方法包括：在第一感测操作中以第一感测频率驱动第一多个传感器电极并且以第二感测频率驱动第二多个传感器电极，以分别获取电容的第一变化和电容的第二变化，其中所述第一感测频率和所述第二感测频率实质上是正交的。所述方法进一步包括：根据电容的所述第一和第二变化确定第一电容性感测数据。所述方法进一步包括：在第二感测操作中以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第三变化和电容的第四变化，其中所述第一感测频率和所述第三感测频率实质上是正交的。所述方法进一步包括：根据电容的所述第三和第四变化确定第二电容性感测数据。
附图说明
为了在其中能够详细地理解本发明的上面所记载的特征的方式，上面简要概述的本发明的更特别的描述可以通过参考实施例而被进行，其中的一些在附图中被示出。然而，要被注意的是：所述附图仅示出了此发明的典型的实施例，并且因此不被视为限制其范围，因为本发明可以允许其它等同有效的实施例。
图1是根据此处所描述的一个实施例的示例性输入装置的框图。
图2A-2B示出了根据此处所描述的实施例的感测元件的示例性图案的多个部分。
图3是描绘了根据实施例的操作电容性感测装置的方法的流程图。
图4是描绘了根据实施例的操作电容性感测装置的另一方法的流程图。
为了便于理解，在可能之处，已经使用了同样的参考标号来标示对所述图而言是共有的同样的元件。如下被预期：在一个实施例中公开的元件可以被有益地使用在其它实施例上，而无需特别的记载。此处所参考的附图不应被理解为是按比例绘制的，除非被特别地记注。并且，所述附图常常被简化，并且为了呈现和解释的清晰，细节或组件被省略。所述附图和讨论用来解释下面所讨论的原理，在其中同样的标记指示同样的元件。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的示例性输入装置100的框图。所述输入装置100可以被配置成向电子系统(没有被显示)提供输入。如在此文件中所使用的，术语“电子系统”(或“电子装置”)广义上指的是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实例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDAs)。附加的实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。另外的实例电子系统包括外围设备，诸如数据输入装置(包括远程控制器和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏和打印机)。其它实例包括远程终端、信息站和视频游戏机(例如，视频游戏控制台、便携式游戏装置等等)。其它实例包括通信装置(包括蜂窝电话，诸如智能电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数字相框和数字照相机)。此外，所述电子系统可以是对所述输入装置而言的主机或从属设备。
所述输入装置100可以被实现为所述电子系统的物理部分，或者可以与所述电子系统物理上分离。视情况而定，所述输入装置100可以使用下列中的任何一个或多个与所述电子系统的多个部分通信：总线、网络和其它有线或无线互连。实例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。
在图1中，所述输入装置100被显示为接近传感器装置(也常常被称为“触摸板”或“触摸传感器装置”)，其被配置成感测由感测区域120中的一个或更多输入对象140提供的输入。实例输入对象包括手指和触笔，如在图1中所显示的。
感测区域120包括所述输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中所述输入装置100能够检测用户输入(例如，由一个或更多输入对象140提供的用户输入)。特定的感测区域的尺寸、形状和位置可以随实施例的不同而显著变化。在一些实施例中，所述感测区域120沿一个或更多方向从所述输入装置100的表面延伸到空间中，直至信噪比阻止了足够准确的对象检测。在各种实施例中，此感测区域120沿特定的方向延伸至其的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或更大，并且可以随着所使用的感测技术的类型和所期望的精确度而显著地变化。因此，一些实施例感测输入，其包括：与所述输入装置100的任何表面不接触、与所述输入装置100的输入表面(例如，触摸表面)接触、与和一些量的作用力或压力相耦合的所述输入装置100的输入表面接触、和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由所述传感器电极驻留在其内的壳体的表面、由被施加在所述传感器电极或任何壳体之上的面板等等提供。在一些实施例中，所述感测区域120在被投影到所述输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
所述输入装置100可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测所述感测区域120中的用户输入。所述输入装置100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性实例，所述输入装置100可以使用电容性、倒电容、电阻性、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。
一些实现被配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实现被配置成沿特定的轴或平面提供输入的投影。
在所述输入装置100的一些电容性实现中，电压或电流被施加以产生电场。附近的输入对象引起所述电场的改变，并且在电容性耦合中产生可检测的改变，其可以被检测为电压、电流等等的改变。
一些电容性实现利用电容性感测元件的阵列或者其它规则的或不规则的图案以产生电场。在一些电容性实现中，独立的感测元件可以被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，其可以是均匀电阻的。
一些电容性实现利用基于传感器电极和输入对象之间的电容性耦合的改变的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各种实施例中，所述传感器电极附近的输入对象改变所述传感器电极附近的电场，因此改变所测量的电容性耦合。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，系统接地)调制传感器电极并且通过检测所述传感器电极和输入对象之间的所述电容性耦合而操作。
一些电容性实现利用基于传感器电极之间的电容性耦合的改变的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各种实施例中，所述传感器电极附近的输入对象改变所述传感器电极之间的所述电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过检测一个或更多发射器传感器电极(也被称为“发射器电极”或“发射器”)和一个或更多接收器传感器电极(也被称为“接收器电极”或“接收器”)之间的电容性耦合而操作。发射器传感器电极可以相对于参考电压(例如，系统接地)而被调制以发送发射器信号。接收器传感器电极可以相对于所述参考电压而被保持实质上恒定以有助于结果信号的接收。结果信号可以包括对应于一个或更多发射器信号和/或对应于一个或更多环境干扰源(例如，其它电磁信号)的(一个或多个)影响。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者可以被配置成发送和接收两者。
在图1中，处理系统110被显示为所述输入装置100的一部分。所述处理系统110被配置成操作所述输入装置100的硬件以检测所述感测区域120中的输入。所述处理系统110包括一个或更多集成电路(ICs)和/或其它电路组件中的部分或全部。例如，用于互电容传感器装置的处理系统可以包括被配置成用发射器传感器电极发送信号的发射器电路，和/或被配置成用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。在一些实施例中，所述处理系统110也包括电可读的指令，诸如固件代码、软件代码、和/或类似物。在一些实施例中，构成所述处理系统110的组件被定位在一起，诸如所述输入装置100的(一个或多个)感测元件附近。在其它实施例中，处理系统110的组件在物理上分离，其中一个或更多组件靠近输入装置100的(一个或多个)感测元件，并且一个或更多组件在别处。例如，所述输入装置100可以是被耦合至台式计算机的外围设备，并且所述处理系统110可以包括被配置成在所述台式计算机的中央处理单元和与所述中央处理单元分离的一个或更多ICs(可能具有关联的固件)上运行的软件。作为另一实例，所述输入装置100可以被物理地集成在电话中，并且所述处理系统110可以包括是所述电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，所述处理系统110专用于实现所述输入装置100。在其它实施例中，所述处理系统110也执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等等。
所述处理系统110可以被实现为处理所述处理系统110的不同功能的一组模块。每个模块可以包括是所述处理系统110的一部分的电路、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。实例模块包括用于操作硬件(诸如传感器电极和显示屏)的硬件操作模块、用于处理数据(诸如传感器信号和位置信息)的数据处理模块、以及用于报告信息的报告模块。另外的实例模块包括被配置成操作(一个或多个)感测元件以检测输入的传感器操作模块、被配置成识别手势(诸如模式改变手势)的识别模块。以及用于改变操作模式的模式改变模块。
在一些实施例中，所述处理系统110通过引起一个或更多动作直接响应于所述感测区域120中的用户输入(或者用户输入的缺乏)。实例动作包括改变操作模式以及GUI动作，诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能。在一些实施例中，所述处理系统110向所述电子系统的一些部分(例如，向与所述处理系统110分离的所述电子系统的中央处理系统，如果这样的独立的中央处理系统存在)提供关于所述输入(或输入的缺乏)的信息。在一些实施例中，所述电子系统的一些部分处理从所述处理系统110接收的信息，以对用户输入起作用，诸如促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，所述处理系统110操作所述输入装置100的(一个或多个)感测元件以产生指示所述感测区域120中的输入(或输入的缺乏)的电信号。所述处理系统110可以在产生被提供给所述电子系统的所述信息时对所述电信号执行任何适当量的处理。例如，所述处理系统110可以数字化从所述传感器电极获得的模拟电信号。作为另一实例，所述处理系统110可以执行滤波或其它信号调节。作为又另一实例，所述处理系统110可以减去或者否则虑及基线，以致所述信息反映所述电信号和所述基线之间的差。作为又另外的实例，所述处理系统110可以确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等等。
如此处所使用的“位置信息”广义地包括绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/非接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的实例包括空间信息的其它表示。关于一个或多个类型的位置信息的历史数据也可以被确定和/或被存储，包括例如随时间跟踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，用由所述处理系统110或由一些其它处理系统操作的附加的输入组件实现所述输入装置100。这些附加的输入组件可以提供所述感测区域120中的针对输入的冗余的功能性或一些其它功能性。图1显示了所述感测区域120附近的按钮130，其可以被用于促进使用所述输入装置100选择项目。其它类型的附加的输入组件包括滑块、球、轮、开关等等。相反地，在一些实施例中，所述输入装置100可以在没有其它输入组件的情况下被实现。
在一些实施例中，所述输入装置100包括触摸屏接口，并且所述感测区域120与显示屏的有效区域的至少一部分重叠。例如，所述输入装置100可以包括叠盖所述显示屏的实质上透明的传感器电极，并且提供用于所关联的电子系统的触摸屏接口。所述显示屏可以是能够向用户显示可视接口的任何类型的动态显示器，并且可以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)、或其它显示技术。所述输入装置100和所述显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同的电气组件中的一些，用于显示和感测。作为另一实例，所述显示屏可以部分地或全部地由所述处理系统110操作。
应被理解的是：尽管本发明的许多实施例在全功能设备的上下文中被描述，本发明的机制能够以各种各样的形式被分发为程序产品(例如，软件)。例如，本发明的机制可以被实现并且分发为可由电子处理器读取的信息承载介质(例如，可由所述处理系统110读取的非瞬时计算机可读和/或可记录/可写的信息承载介质)上的软件程序。此外，本发明的实施例同等适用，不管被用于执行所述分发的介质的特定的类型。非瞬时的电可读介质的实例包括各种盘、记忆棒、存储卡、存储模块等等。电可读介质可以是基于闪存、光学、磁性、全息或任何其它存储技术。
图2A示出了根据一些实施例的感测元件的示例性图案的一部分。为了例示和描述的清晰，图2A显示了简单矩形的图案中的感测元件，并且没有显示各种组件，诸如所述感测元件和所述处理系统110之间的各种互连。电极图案250A包括第一多个传感器电极260(260-1,260-2,260-3,...260-n)和被布置在所述第一多个电极260之上的第二多个传感器电极270(270-1,270-2,270-3,...270-m)。在所显示的实例中，n＝m＝4，但是一般而言，n和m各自是正整数，并且不一定彼此相等。在各种实施例中，所述第一多个传感器电极260作为多个发射器电极(特别地被称为“发射器电极260”)而被操作，并且所述第二多个传感器电极270作为多个接收器电极(特别地被称为“接收器电极270”)而被操作。在另一实施例中，一组多个传感器电极可以被配置成发射和接收，并且另一组多个传感器电极也可以被配置成发射和接收。此外，处理系统110用所述第一和/或第二多个传感器电极中的一个或多个传感器电极接收结果信号，而用绝对电容性感测信号调制所述一个或多个传感器电极。所述第一多个传感器电极260、所述第二多个传感器电极270或者两者可以被布置在所述感测区域120内。所述电极图案250A可以被耦合至所述处理系统110。
所述第一多个电极260和所述第二多个电极270典型地被彼此欧姆地绝缘。换句话说，一个或多个绝缘体分开所述第一多个电极260和所述第二多个电极270，并且防止它们彼此电短接。在一些实施例中，所述第一多个电极260和所述第二多个电极270由被布置在它们之间交叉区域处的绝缘材料分开；在这样的构造中，可以用连接同一电极的不同部分的跳线形成所述第一多个电极260和/或所述第二多个电极270。在一些实施例中，所述第一多个电极260和所述第二多个电极270被一层或多层绝缘材料分开。在这样的实施例中，所述第一多个电极260和所述第二多个电极270可以被布置在公共衬底的分离的层上。在一些其它实施例中，所述第一多个电极260和所述第二多个电极270由一个或多个衬底分开，例如，所述第一多个电极260和所述第二多个电极270可以被布置在同一衬底的相对侧上，或者被布置在被层压在一起的不同的衬底上。在一些实施例中，所述第一多个电极260和所述第二多个电极270可以被布置在单个衬底的同一侧上。
在所述第一多个传感器电极260和所述第二多个传感器电极270之间的局部化的电容性耦合的区域可以形成“电容性图像”的“电容性像素”。所述第一和第二多个260和270的传感器电极之间的电容性耦合随着所述感测区域120中的输入对象的接近和运动而改变。此外，在各种实施例中，所述第一多个传感器电极260和所述第二多个传感器电极270中的每个与输入对象之间的局部化的电容性耦合可以被称为“电容性图像”的“电容性像素”。在一些实施例中，所述第一多个传感器电极260和所述第二多个传感器电极270中的每个与输入对象之间的所述局部化的电容性耦合可以被称为“电容性分布图”的“电容性测量”。
所述处理系统110可以包括具有传感器电路204的传感器模块208。所述传感器模块208使用具有感测频率的电容性感测信号操作所述电极图案250A，以从所述电极图案中的电极接收结果信号。所述结果信号测量电容性耦合(例如，传感器电极和输入对象之间的绝对电容性耦合或传感器电极之间的跨电容耦合)。所述结果信号作为(一个或多个)输入对象的结果指示电容的改变。所述传感器电路204可以包括各种电路和电路元件，诸如开关、放大器、混合器、滤波器、下变频器、解调器、模拟至数字转换器等等以接收所述结果信号。
所述处理系统110可以包括确定模块220，其被配置成从所述传感器模块208接收结果信号，处理所述结果信号，并且根据所述结果信号生成数据，诸如根据所述结果信号(例如，电容性图像或电容性分布图)确定电容性感测数据(也被称为电容性测量)。所述确定模块220可以跟踪电容性感测的改变，以检测所述感测区域120中的(一个或多个)输入对象。所述确定模块220可以包括处理器电路221，诸如数字信号处理器(DSP)、微处理器、微控制器等等。所述处理器电路221可以执行固件和/或软件以执行此处所描述的所述确定模块220的各种功能。
所述处理系统110可以包括其它模块配置，并且由所述传感器模块208和所述确定模块220执行的功能一般可以由所述处理系统110中的一个或多个模块执行。所述处理系统110可以包括其它模块，并且可以执行如在下面的一些实施例中描述的其它功能。
所述处理系统110可以在绝对电容感测模式或跨电容感测模式中操作。在绝对电容感测模式中，所述传感器模块208提供测量传感器电极和(一个或多个)输入对象之间的绝对电容性耦合的结果信号(例如，归因于(一个或多个)输入对象的绝对电容的改变)。在跨电容感测模式中，所述传感器模块208提供测量传感器电极之间的跨电容耦合的结果信号(例如，归因于(一个或多个)输入对象的传感器电极之间的互电容的改变)。
在一些实施例中，所述处理系统110“扫描”所述电极图案250A以确定电容性耦合。在所述跨电容感测模式中，所述处理系统110可以驱动所述第一多个电极260发送(一个或多个)发射器信号。所述处理系统110可以操作所述第一多个电极260，以致在一个时间处一个发射器电极发送，或者多个发射器电极同时发送。在多个发射器电极同时发送之处，这些多个发射器电极可以发送同一发射器信号，并且有效地产生更大的发射器电极，或者这些多个发射器电极可以发送不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可以根据一个或多个编码方案发送不同的发射器信号，所述一个或多个编码方案使得能够独立地确定它们对所述第二多个电极270的结果信号的组合的影响。在所述绝对电容感测模式中，所述处理系统110可以在一个时间从一个传感器电极260、270或者在一个时间从多个传感器电极260、270接收结果信号。在任何一个模式中，所述处理系统110可以单个地或共同地操作所述第二多个电极270，以获取结果信号。在绝对电容感测模式中，所述处理系统110可以同时驱动沿一个或多个轴的所有电极。在一些实例中，所述处理系统110可以驱动沿一个轴的电极(例如，沿所述第一多个传感器电极260)，而用屏蔽信号、防护信号等等驱动沿另一轴的电极。在一些实例中，沿一个轴的一些电极和沿另一轴的一些电极可以被同时驱动。
在所述跨电容感测模式中，所述处理系统110可以使用所述结果信号来确定在所述电容性像素处的电容性测量。来自所述电容性像素的测量的集合形成表示所述像素处的电容性测量的“电容性图像”(也被称为“电容性帧”)。所述处理系统110可以在多个时间段之上获取多个电容性图像，并且可以确定电容性图像之间的差异，以导出关于所述感测区域120中的输入的信息。例如，所述处理系统110可以使用在连续的时间段之上获取的连续的电容性图像来跟踪一个或多个输入对象进入、退出所述感测区域120和在所述感测区域120内的(一个或多个)运动。
在绝对电容感测模式中，所述处理系统110可以使用所述结果信号来确定沿所述传感器电极260的轴和/或所述传感器电极270的轴的电容性测量。这样的测量的集合形成表示沿该轴的电容性测量的“电容性分布图”。所述处理系统110可以在多个时间段之上获取沿所述轴中的一个或两者的多个电容性分布图，并且可以确定电容性分布图之间的差异，以导出关于所述感测区域120中的输入的信息。例如，所述处理系统110可以使用在连续的时间段之上获取的连续的电容性分布图来跟踪所述感测区域120内的输入对象的位置或接近。在其它实施例中，每个传感器可以是电容性图像的电容性像素，并且所述绝对电容感测模式可以被用于生成除了电容性分布图之外或者替代电容性分布图的(一个或多个)电容性图像。
所述输入装置100的基线电容是与所述感测区域120中没有输入对象相关联的电容性图像或电容性分布图。所述基线电容随环境和操作条件而变化，并且所述处理系统110能够以各种方式估计所述基线电容。例如，在一些实施例中，当确定所述感测区域120中没有输入对象时，所述处理系统110取得“基线图像”或“基线分布图”，并且使用那些基线图像或基线分布图作为基线电容的估计。所述确定模块220可以在所述电容性测量中虑及所述基线电容，并且因此，所述电容性测量可以被称为“德耳塔(delta)电容性测量”。因此，如此处所使用的术语“电容性测量”包括相对于确定的基线的德耳塔(delta)测量。
在一些触摸屏实施例中，所述第一多个传感器电极260和所述第二多个传感器电极270中的至少一个包括在更新显示屏的显示时使用的显示装置280的一个或多个显示电极，诸如“Vcom”电极(公共电极)、栅电极、源电极、阳极电极和/或阴极电极的一个或多个分段。这些显示电极可以被布置在适当的显示屏衬底上。例如，所述显示电极可以被布置在一些显示屏(例如，平面内切换(IPS)或平面至线切换(PLS)有机发光二极管(OLED))中的透明的衬底(玻璃衬底、TFT玻璃、或任何其它透明的材料)上、被布置在一些显示屏(例如，图案化的垂直对准(PVA)或多域垂直对准(MVA))的滤色器玻璃的底部上、被布置在发射层(OLED)之上等等。所述显示电极也可以被称为“组合电极”，因为所述显示电极执行显示更新和电容性感测的功能。在各种实施例中，所述第一和第二多个传感器电极260和270中的每个传感器电极包括一个或多个组合电极。在其它实施例中，所述第一多个传感器电极260中的至少两个传感器电极或所述第二多个传感器电极270中的至少两个传感器电极可以共享至少一个组合电极。此外，在一个实施例中，所述第一多个传感器电极260和所述第二多个电极270两者被布置在所述显示屏衬底上的显示堆栈内。此外，所述显示堆栈中的所述传感器电极260、270中的至少一个可以包括组合电极。然而，在其它实施例中，仅所述第一多个传感器电极260或所述第二多个传感器电极270(但不是两者)被布置在所述显示堆栈内，而其它传感器电极在所述显示堆栈的外侧(例如，被布置在滤色器玻璃的相对侧上)。
在实施例中，所述处理系统110包括具有所述传感器模块208、所述确定模块220以及任何其它(一个或多个)模块和/或(一个或多个)电路的单个集成的控制器(诸如专用集成电路(ASIC))。在另一实施例中，所述处理系统110可以包括多个集成电路，在其中所述传感器模块208、所述确定模块220以及任何其它(一个或多个)模块和/或(一个或多个)电路可以被划分在所述集成电路之中。例如，所述传感器模块208可以在一个集成电路上，并且所述确定模块220以及任何其它(一个或多个)模块和(一个或多个)电路可以是一个或多个其它集成电路。在一些实施例中，所述传感器模块208的第一部分可以在一个集成电路上，并且所述传感器模块208的第二部分可以在第二集成电路上。在这样的实施例中，所述第一和第二集成电路中的至少一个至少包括其它模块(诸如显示驱动器模块和/或显示驱动器模块)的多个部分。
图2B示出了根据一些实施例的感测元件的另一示例性图案的一部分。为了例示和描述的清晰，图2B呈现了矩形矩阵中的感测元件，并且没有显示各种组件，诸如所述处理系统110和所述感测元件之间的各种互连。电极图案250B包括被布置在矩形矩阵中的多个传感器电极210。所述电极图案250B包括按照J行和K列布置的传感器电极210J,K(被统称为传感器电极210)，其中J和K是正整数，尽管J和K中的一个可以是零。被考虑的是：所述电极图案250B可以包括所述传感器电极210的其它图案，诸如极性阵列、重复图案、非重复图案、非均匀阵列、单个行或列、或者其它适合的布置。此外，所述传感器电极210可以是任何形状，诸如圆形、矩形、菱形、星形、方形、非凸形、凸形、非凹形、凹形等等。此外，所述传感器电极210可以被细分成多个不同的子电极。所述电极图案250被耦合至所述处理系统110。
所述传感器电极210典型地被彼此欧姆地绝缘。此外，在传感器电极210包括多个子电极之处，所述子电极可以被彼此欧姆地绝缘。此外，在一个实施例中，所述传感器电极210可以与在所述传感器电极210之间的栅电极218欧姆地绝缘。在一个实例中，所述栅电极218可以围绕所述传感器电极210中的一个或多个，其被布置在所述栅电极218的窗口216中。所述栅电极218可以被用作屏蔽，或者用以携载防护信号，用于当用所述传感器电极210执行电容性感测时使用。可替代地或附加地，当执行电容性感测时，所述栅电极218可以被用作传感器电极。此外，所述栅电极218可以与所述传感器电极210共平面，但是这不是要求。例如，所述栅电极218可以位于不同的衬底上，或者位于与所述传感器电极210相同的衬底的不同侧上。所述栅电极218是可选的，并且在一些实施例中，所述栅电极218不存在。
在第一操作模式中，所述处理系统110可以使用至少一个传感器电极210经由绝对电容感测来检测输入对象的存在。所述传感器模块208可以测量(一个或多个)传感器电极210上的电压、电荷或电流以获得指示所述(一个或多个)传感器电极210和输入对象之间的电容的结果信号。所述确定模块220使用所述结果信号来确定绝对电容测量。当所述电极图案250B时，所述绝对电容测量可以被用于形成电容性图像。
在第二操作模式中，所述处理系统110可以使用所述传感器电极210的群组来经由跨电容感测检测输入对象的存在。所述传感器模块208可以用发射器信号驱动所述传感器电极210中的至少一个，并且可以从所述传感器电极210中的至少另一个接收结果信号。所述确定模块220使用所述结果信号确定跨电容测量并且形成电容性图像。
所述输入装置100可以被配置成在上面所描述的模式中的任何一个模式中操作。所述输入装置100也可以被配置成在上面所描述的模式中的任何两个或更多模式之间切换。所述处理系统110可以如上面关于图2A所描述的那样被配置。
在一些实施例中，所述处理系统110通过用实质上正交的发射器信号同时驱动多个发射器电极来执行跨电容感测。例如，所述处理系统110可以用第一发射器信号驱动第一集合的一个或多个发射器电极，同时用第二发射器信号驱动第二集合的一个或多个发射器电极。所述第一和第二发射器信号可以在频率(例如，正交频分多路复用(OFDM))、码分多路复用(CDM)或导致数学上分离的信号的其它调制技术方面是实质上正交的。如被施加至未调制的发射器信号的术语“感测频率”意指所发送的信号的频率。针对OFDM，发射器信号的感测频率意指正被发送的波形的频率(例如，正弦波、方波等等的频率)。针对CDM，发射器信号的感测频率意指正由CDM代码调制的载波信号(例如正弦波、方波等等)的频率。
在实施例中，所述处理系统110被配置成根据ODFM方案或OFDM方案和另一调制方案的组合来驱动所述传感器电极图案。传感器电极图案的发射器电极可以被划分成一个或多个发射器群组。发射器群组是发射器的集合，所述发射器中的每个发送具有与在该群组中发送的其它信号相同的感测频率的信号。由所述不同的发射器群组使用的感测频率可以是相互正交的。在发射器群组内，可以存在另外的正交调制，诸如使用调制所述发射器信号的不同的CDM代码，以致发射器群组内的发射器信号是相互正交的(发射器群组内的任何两个信号之间的内积是0[正交的]或者接近于零[实质上正交的])。可以在不同的发射器群组中使用相同集合的CDM代码或不同集合的CDM代码。在发射器群组内使用正交的调制允许来自所述发射器群组中的发射器电极的结果信号在所述解调过程中被分开。发射器群组之间的发射器信号是相互正交的，因为它们以实质上正交的感测频率操作。因此来自不同的发射器群组的结果信号通过以所述不同的感测频率进行解调和滤波而被分开，并且来自发射器群组内的不同的发射器的结果信号通过由所述CDM代码解调(或扩张)而被分开。也可以是如下这样的情况：发射器群组内的发射器信号在数学上是独立的(不是彼此成比例)。数学上的独立是比正交性更弱的要求，但是足以确保所述信号可以被所述接收器分开。
在一些实施例中，发射器电极不是对一个发射器群组而言独占的，并且发射器电极可以是多个发射器群组的一部分。此外，在一些实施例中，多个发射器群组可以由同一集合的发射器电极构成。在一些实施例中，发射器群组可以仅具有一个发射器。在一些实施例中，发射器群组可以具有不同数量的发射器，并且操作不同的CDM代码。
在实施例中，所述传感器模块208被配置成同时地在一个或多个发射器电极(例如，第一发射器群组中的发射器电极)上发送具有第一感测频率的第一发射器信号以及在一个或多个其它发射器电极(例如，第二发射器群组中的发射器电极)上发送具有第二感测频率的第二发射器信号。在其它实施例中，具有第一感测频率的所述第一发射器信号和具有第二感测频率的第二发射器信号可以被非同时地发送。在另一实施例中，所述传感器模块208被配置成同时地发送各自具有不同的感测频率的任何数量的发射器信号(例如，可以存在任何数量的发射器群组)。在实施例中，用具有给定的感测频率的单个发射器信号驱动每个发射器电极。在另一实施例中，用具有不同的感测频率的多个发射器信号驱动每个发射器电极。发射器信号或发射器载波信号(在所述发射器信号包括用CDM代码调制的附加的步骤的情况下)可以包括正弦波形、方波形、三角波形、锯齿波形等等中的任何一个。
两个频率在时间间隔T之上是彼此正交的，如果存在整数m和n，其中m≠n，以致F1＝m/T并且F2＝n/T。所述时间间隔T是所述感测间隔，其不一定是连续的，所述整数m和n是所述感测间隔T期间的完整循环的数量，并且所述频率F1和F2是所述感测频率。所述处理系统110可以采用相互正交的感测频率的集合(例如，每个感测频率与每个其它感测频率实质上正交意指存在整数m和n以致F1≈F2，或者测量间隔T’足够接近T，使得F1＝F2)。所述处理系统110可以分别用该集合中的一个或多个感测频率驱动一个或多个发射器群组。所述处理系统110可以将任何一个发射器群组的感测频率偏移至另一感测频率，与其它发射器群组无关。
如下面所讨论的，所述处理系统110可以在存在干扰的情况下改变一个或多个发射器群组的感测频率。干扰可以影响一些感测频率比其它感测频率更多。如果干扰正影响一个发射器群组的感测频率，则所述处理系统110可以将所影响的感测频率偏移至新的感测频率，与其它发射器群组无关。
在实施例中，所述处理系统110可以已经预先编程，可以定义(例如根据需要动态地)，或者可以选择感测频率的集合S。该集合S可以被定义为：
以致
其中符号⊥表示右手侧上的频率与左手侧上的频率正交。例如，假设T＝125μs。随后，针对i＝2频率集合S＝{352KHz,288KHz}可以被使用。这两个频率对应于m1＝44并且m2＝36。一般而言，该集合S可以包括任何数量的相互正交的感测频率。在各种实施例中，所述集合S中的感测频率不要求是严格正交的，而是相反地可以是实质上正交的。实质上正交意指对于S中的任何两个频率
在另一实施例中，所述处理系统110可以采用感测频率的多个集合。每个集合内的感测频率是相互正交的。每个集合内的感测频率与每个其它集合中的至少一个感测频率正交。每个发射器群组可以使用所述感测频率的一个集合。例如，发射器群组A可以使用感测频率的集合SA，并且发射器群组B可以使用感测频率的集合SB。如果所述集合SA中的感测频率与所述集合SB中的感测频率相互正交，则所述集合SA和SB是上面所讨论的集合S的子集。
被耦合至所述传感器电极的干扰的存在可能影响结果信号测量，引起感测准确性的降低以及甚至误差。所述处理电路221可以检测来自由所述传感器电路204生成的测量的干扰。所述处理电路221可以启用或禁用至少部分关于所述干扰测量的干扰缓解。干扰缓解可以包括根据需要切换一个或多个发射器群组的感测频率，如上面所讨论的。所述处理电路221可以控制所述传感器电路204与输入对象感测同时地或者在预先定义的干扰测量周期期间单独地测量干扰环境。
在一些实施例中，所述传感器模块208分别以第一和第二感测频率驱动第一和第二发射器信号。为了利用OFDM，所述第一和第二感测频率相互正交。所述确定模块220被配置成确定在所述第一感测频率和所述第二感测频率中的任一个感测频率处是否存在超过阈值的干扰。如果在两个感测频率处存在干扰，则所述传感器模块208可以调整所述第一和第二发射器信号两者以在第三和第四感测频率处操作，它们也是彼此正交的。然而，如果干扰仅在所述感测频率中的一个上超过所述阈值，则仅所述发射器信号感测频率中的一个需要改变。例如，如果在所述第二感测频率处的干扰超过所述阈值，则所述传感器模块208可以继续以所述第一感测频率驱动所述第一发射器信号，同时开始以第三感测频率驱动所述第二发射器信号，其中所述第一和第三感测频率是实质上正交的。因此，在此实例中，所述处理系统110能够避免单个感测频率上的干扰，而无须切换两个感测频率。通过具有跨越发射器群组独立地混合和匹配正交频率的灵活性并且不仅仅使用特定的预先定义的频率对，所述处理系统110也具有对它可用的正交频率的更多组合，以便避免干扰。
图3是描绘了根据实施例的操作电容性感测装置的方法300的流程图。所述方法300可以由上面所描述的处理系统110执行。所述方法300在步骤302处开始，在其处所述处理系统110在第一感测操作中以第一感测频率驱动传感器电极并且以第二感测频率驱动传感器电极以分别获取电容的第一和第二改变。例如，所述传感器模块208可以在所述第一感测操作中使用所述第一感测频率驱动第一发射器群组中的一些发射器电极260，并且用所述第二感测频率驱动第二发射器群组中的其它发射器电极260。可以从正交感测频率的集合中选择所述频率，并且因此所述第一感测频率可以实质上与所述第二感测频率正交。例如，可以从如上面所定义的集合SA中选择所述感测频率。所述传感器模块208可以从接收器电极270接收结果信号。所述传感器模块208可以解调所述结果信号以获得可归因于每一个所述感测频率的电容的改变。
在步骤304处，所述处理系统110根据电容的第一和第二改变确定第一电容性感测数据。在此处，电容的所述第一和第二改变指的是在由所述第一和第二发射器群组覆盖的触摸感测区域中检测的改变。所述第一电容性感测数据可以包括例如如上面所描述的电容性图像。例如，所述确定模块220可以从所述传感器模块208接收归因于每一个所述感测频率的电容的改变。所述确定模块220可以确定针对归因于一个或多个感测频率的电容改变的电容性图像。所述确定模块220也可以组合针对多个感测频率的电容改变(例如，平均)并且随后确定电容性图像。所述确定模块220随后可以输出电容性感测数据，其具有作为输出的(一个或多个)电容性图像。
在步骤306处，所述处理系统110在第二感测操作中以第一感测频率驱动传感器电极并且以第三感测频率驱动传感器电极以分别获取电容的第三和第四改变。例如，所述传感器模块208可以在所述第二感测操作中使用所述第一感测频率驱动所述第一发射器群组中的一些发射器电极260，并且用所述第三感测频率驱动所述第二发射器群组中的其它发射器电极260。所述第一和第三感测频率是实质上正交的。所述传感器模块208可以从接收器电极270接收结果信号。所述传感器模块208可以解调所述结果信号以获得可归因于每一个所述感测频率的电容的改变。在一些实施例中，响应于检测到在所述第二感测频率处的干扰而使用所述第三感测频率。
在步骤308处，所述处理系统110根据电容的所述第三和第四改变确定第二电容性感测数据。所述第二电容性感测数据可以包括例如如上面所描述的电容性图像。例如，所述确定模块220可以从所述传感器模块208接收归因于每一个所述感测频率的电容的改变。所述确定模块220可以确定针对归因于一个或多个感测频率的电容改变的电容性图像。所述确定模块220也可以组合针对多个感测频率的电容改变(例如，平均)并且随后确定电容性图像。所述确定模块220随后可以输出电容性感测数据，其具有作为输出的(一个或多个)电容性图像。
所述方法300可以针对一个或多个附加的感测操作而被扩展。此外，所述处理系统110可以用多于两个的相互正交的感测频率驱动多于两个的发射器群组。在每个感测操作中，所述处理系统110选择在传感器电极的群组上被同时驱动的正交的感测频率。
图4是描绘了根据实施例的操作电容性感测装置的方法的流程图。所述方法400可以由上面所描述的处理系统110执行。所述方法400在步骤402处开始，在其处所述处理系统110操作所述传感器电极以确定在一个或多个感测频率处的干扰环境。在实施例中，所述处理系统110可以根据所述电容性感测过程执行单独的干扰检测过程。在另一实施例中，所述处理系统110可以与电容性感测同时地检测干扰。干扰环境可以包括与由所述传感器模块208获得的结果信号相关联的各种干扰度量。所述确定模块220可以向一个或多个干扰度量施加一个或多个阈值，以确定干扰环境。
在步骤404处，所述处理系统110确定是否应该鉴于当前的(一个或多个)干扰环境修改当前的感测频率集合。如果否，则所述方法400返回至步骤402。否则，所述方法400前进至步骤406。例如，所述确定模块220可以确定针对第一感测频率的干扰环境满足阈值，但是针对第二感测频率的干扰环境不满足阈值。在这样的情况下，所述方法400前进至步骤406。
在步骤406处，所述处理系统110选择一个或多个新的感测频率来替代受影响的感测频率/多个频率。例如，所述确定模块220可以用第三感测频率替代第二感测频率，如上面在方法300中所描述的。所述方法400返回至步骤402并且重复。所述方法400可以与上面所描述的方法300同时地被执行(例如，干扰检测可以与电容性感测同时地发生)。可替代地，所述方法400可以与所述方法300分开地被执行(例如，干扰检测可以与电容性感测分开地发生)。
此处所提出的实施例和实例被呈现，以便最佳地解释根据本技术的实施例及其特定的应用，并且由此使得本领域技术人员能够制造和使用本发明。然而，本领域技术人员将认识到：已经仅为了例示和实例的目的呈现了前面的描述和实例。如所提出的描述不是意在是穷尽的，或者将本发明限制于所公开的精确的形式。
鉴于前述,本公开的范围由随附的权利要求确定。
100 示例性输入装置
100 输入装置
110 处理系统
120 感测区域
130 按钮
140 输入对象
204 传感器电路
208 传感器模块
210J 传感器电极
210 传感器电极
216 窗口
218 栅电极
220 确定模块
221 处理电路
250A 电极图案
250B 电极图案
250 电极图案
260 电极
270 电极
280 显示装置
288 khz
300 方法
302 步骤
304 步骤
306 步骤
308 步骤
400 方法
402 步骤
404 步骤
406 步骤

Claims (20)

1.一种用于电容性感测装置的处理系统，包括：
传感器模块，其具有被耦合至第一多个传感器电极和第二多个传感器电极的传感器电路，所述传感器电路被配置成：
在第一感测操作中，以第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第二感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第一改变和电容的第二改变，其中所述第一感测频率和所述第二感测频率是实质上正交的；以及
在第二感测操作中，以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第三改变和电容的第四改变，其中所述第一感测频率和所述第三感测频率是实质上正交的；以及
确定模块，其被耦合至所述传感器电路，被配置成根据电容的所述第一和第二改变确定第一电容性感测数据，并且根据电容的所述第三和第四改变确定第二电容性感测数据。
2.如权利要求1 所述的处理系统，其中所述第一电容性感测数据和所述第二电容性感测数据各自包括电容性图像。
3.如权利要求1 所述的处理系统，其中所述传感器电路被配置成使用正交调制驱动所述第一和所述第二多个传感器电极中的每一个内的传感器电极。
4.如权利要求3 所述的处理系统，其中所述传感器电路被配置成：
在所述第一和第二感测操作中的每一个中，使用与第一集合的CDM代码不同的码分多路复用CDM代码驱动所述第一多个传感器电极中的传感器电极；以及
在所述第一和第二感测操作中的每一个中，使用与所述第一集合的CDM 代码或与第二集合的CDM 代码不同的CDM 代码驱动所述第二多个传感器电极中的传感器电极。
5.如权利要求1 所述的处理系统，其中所述传感器电路被配置成：
操作所述第一多个传感器电极以确定在所述第一感测频率处的第一干扰环境；以及
操作所述第二多个传感器电极以确定在所述第二感测频率处的第二干扰环境。
6.如权利要求5 所述的处理系统，其中所述传感器电路被配置成基于满足第一干扰阈值的所述第一干扰环境在所述第二感测操作中以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极，并且其中所述传感器电路被配置成基于不满足第二干扰阈值的所述第二干扰环境在所述第二感测操作中以所述第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极。
7.如权利要求1 所述的处理系统，其中所述传感器电路被配置成：
通过从多个接收器电极接收结果信号来获取电容的所述第一、第二、第三和第四改变。
8.如权利要求1 所述的处理系统，其中所述确定模块被配置成基于所述第一电容性感测数据或所述第二电容性感测数据中的至少一个确定输入对象的位置信息。
9.一种输入装置，包括：
第一多个传感器电极；
第二多个传感器电极；以及
处理系统，其被耦合至所述第一和所述第二多个传感器电极，被配置成：
在第一感测操作中，以第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第二感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第一改变和电容的第二改变，其中所述第一感测频率和所述第二感测频率是实质上正交的；以及
在第二感测操作中，以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第三改变和电容的第四改变，其中所述第一感测频率和所述第三感测频率是实质上正交的；
根据电容的所述第一和第二改变确定第一电容性感测数据，并且根据电容的所述第三和第四改变确定第二电容性感测数据。
10.如权利要求9 所述的输入装置，其中所述第一电容性感测数据和所述第二电容性感测数据各自包括电容性图像。
11.如权利要求9 所述的输入装置，还包括传感器电路，所述传感器电路被配置成使用正交调制驱动所述第一多个传感器电极和所述第二多个传感器电极中的每一个内的传感器电极。
12.如权利要求11 所述的输入装置，其中所述传感器电路被配置成：
在所述第一和第二感测操作中的每一个中，使用与第一集合的CDM代码不同的码分多路复用CDM代码驱动所述第一多个传感器电极中的传感器电极；以及
在所述第一和第二感测操作中的每一个中，使用与所述第一集合的CDM 代码或与第二集合的CDM 代码不同的CDM 代码驱动所述第二多个传感器电极中的传感器电极。
13.如权利要求 9 所述的输入装置，其中所述处理系统被配置成：
操作所述第一多个传感器电极以确定在所述第一感测频率处的第一干扰环境；以及
操作所述第二多个传感器电极以确定在所述第二感测频率处的第二干扰环境。
14.如权利要求 13 所述的输入装置，其中所述处理系统被配置成基于满足第一干扰阈值的所述第一干扰环境在所述第二感测操作中以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极，并且其中所述处理系统被配置成基于不满足第二干扰阈值的所述第二干扰环境在所述第二感测操作中以所述第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极。
15.如权利要求 9 所述的输入装置，其中所述输入装置包括多个接收器电极，并且其中所述处理系统被配置成通过从所述多个接收器电极接收结果信号来获取电容的所述第一、第二、第三和第四改变。
16.如权利要求9 所述的输入装置，其中所述处理系统被配置成基于所述第一电容性感测数据或所述第二电容性感测数据中的至少一个确定输入对象的位置信息。
17.一种操作具有多个感测电极的电容性感测装置的方法，包括：
在第一感测操作中，以第一感测频率驱动第一多个传感器电极并且以第二感测频率驱动第二多个传感器电极，以分别获取电容的第一改变和电容的第二改变，其中所述第一感测频率和所述第二感测频率是实质上正交的；
根据电容的所述第一和第二改变确定第一电容性感测数据；
在第二感测操作中，以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极并且以第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极，以分别获取电容的第三改变和电容的第四改变，其中所述第一感测频率和所述第三感测频率是实质上正交的；以及
根据电容的所述第三和第四改变确定第二电容性感测数据。
18.如权利要求17 所述的方法，进一步包括：
操作所述第一多个传感器电极以确定在所述第一感测频率处的第一干扰环境；以及
操作所述第二多个传感器电极以确定在所述第二感测频率处的第二干扰环境。
19.如权利要求18 所述的方法，其中在所述第二感测操作中基于满足第一干扰度量的所述第一干扰度量以所述第一感测频率驱动所述第一多个传感器电极，并且其中在所述第二感测操作中基于不满足第二干扰阈值的所述第二干扰环境以所述第三感测频率驱动所述第二多个传感器电极。
20.如权利要求17 所述的方法，其中：
在所述第一和第二感测操作中的每一个中，使用与第一集合的CDM代码不同的码分多路复用CDM代码驱动所述第一多个传感器电极中的传感器电极；以及
在所述第一和第二感测操作中的每一个中，使用与所述第一集合的CDM 代码或与第二集合的CDM 代码不同的CDM 代码驱动所述第二多个传感器电极中的传感器电极。
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