CN107425838B - 芯片上的电容感应按钮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及芯片上的电容感应按钮。一种集成电路装置的实施例可以包括：集成电路封装体；传感器元件，贴附在所述集成电路封装体内；电容传感器，与所述传感器元件耦接并位于所述集成电路封装体内，其中所述电容传感器被配置为测量所述传感器元件的电容；和输出接脚，位于所述集成电路封装体的外部，其中所述输出接脚被配置为传送基于所述传感器元件的所测量到的电容的信号。

Description

芯片上的电容感应按钮
本申请是申请日为2012年11月15日，申请号为201210143563.7，发明名称为“芯片上的电容感应按钮”的申请的分案申请。
相关申请
本申请要求2011年2月28日提交的印度专利申请第530/DEL/2011号的优先权，其内容包括在此作为参考。
技术领域
本公开涉及触摸式传感器领域，并且尤其涉及电容式触摸感应按钮。
背景技术
许多电子设备包括允许用户交互和用户输入的用户接口装置。一种用户接口装置是按钮或按键。常规的按钮包括用来触发开关来指示按钮按压或按钮启动的机械部件。机械按钮还给用户提供触感的反馈以指示按钮已经被按压了。最近，在一些应用中正使用触摸式传感器按钮来代替机械按钮。一种类型的触摸式传感器按钮利用电容传感器元件，通过电容感应方式来运行。电容传感器所检测的电容根据传感器元件上的导电物体的接近程度(proximity)而变化。导电物体例如可以是触控笔或用户的手指。在触摸式传感器按钮中，可以通过多种方法来测量由于导电物体的接近程度而由每一个传感器所检测的电容的变化。不管方法是什么，通常由处理装置对每一个电容传感器所检测的代表电容的电信号进行处理，这又产生代表触摸式传感器按钮的按钮或传感器启动的电或光信号。
发明内容
本申请主要涉及以下方面：
(1)一种集成电路装置，包括：
集成电路封装体；
传感器元件，贴附在所述集成电路封装体内；
电容传感器，与所述传感器元件耦接并位于所述集成电路封装体内，其中所述电容传感器被配置为测量所述传感器元件的电容；和
输出接脚，位于所述集成电路封装体的外部，其中所述输出接脚被配置为传送基于所述传感器元件的所测量到的电容的信号。
(2)如(1)所述的集成电路装置，还包括：
接地垫片，贴附在所述集成电路封装体内并与所述电容传感器耦接；和
接地接脚，与所述接地垫片耦接并位于所述集成电路封装体的外部。
(3)如(1)所述的集成电路装置，其中所述输出接脚传送表示导电物体与所述传感器元件的接近程度的信号。
(4)如(1)所述的集成电路装置，还包括调制电容器，所述调制电容器与所述电容传感器耦接并贴附在所述集成电路封装体内。
(5)如(1)所述的集成电路装置，还包括处理逻辑，所述处理逻辑被配置为输出表示所述传感器元件附近的导电物体的移动方向的信号。
(6)如(1)所述的集成电路装置，其中所述集成电路封装体还包括覆盖所述传感器元件的顶层。
(7)如(1)所述的集成电路装置，其中所述电容传感器形成在裸片上，所述裸片安装在所述传感器元件的下面。
(8)如(1)所述的集成电路装置，其中所述电容传感器被配置为响应于检测到所述传感器元件处的电容的变化，降低所述输出接脚和位于所述集成电路封装体的外部的至少另一个接脚之间的电阻。
(9)一种集成电路装置，包括：
集成电路封装体；
传感器元件，贴附在所述集成电路封装体内；
输出接脚，位于所述集成电路封装体的外部，其中所述输出接脚被配置为传送基于所述传感器元件的所测量到的电容的信号；
电容传感器，与所述传感器元件耦接并位于所述集成电路封装体内，其中所述电容传感器被配置为测量所述传感器元件的电容，并且基于所测量到的电容，向所述输出接脚施加信号。
(10)如(9)所述的集成电路装置，其中所述电容传感器还被配置为通过将所述输出接脚与信号源相连接来向所述输出接脚施加信号。
(11)如(9)所述的集成电路装置，其中所述电容传感器还被配置为通过改变向所述输出接脚施加的信号来向所述输出接脚施加信号。
(12)如(9)所述的集成电路装置，其中所述传感器元件是多个传感器元件中的一个。
(13)如(11)所述的集成电路装置，还包括处理逻辑，所述处理逻辑被配置为确定所述多个传感器元件中的至少一个附近的导电物体的移动方向。
(14)如(11)所述的集成电路装置，其中所述输出接脚被配置为输出表示所述多个传感器元件中的至少一个附近的导电物体的移动方向的信号。
(15)如(11)所述的集成电路装置，其中所述电容传感器被配置为测量所述多个传感器元件中的每两个之间的互电容。
(16)如(11)所述的集成电路装置，其中每一个传感器元件沿第一轴与第一个其它的传感器元件对齐，并沿第二轴与第二个其它的传感器元件对齐。
(17)如(9)所述的集成电路装置，还包括覆盖所述传感器元件的触感反馈元件，其中所述触感反馈元件被配置为响应于施加到所述触感反馈元件上的压力而产生触感刺激。
(18)一种方法，包括：
检测集成电路封装体的外表面附近的导电物体的接近程度；和
将表示所述导电物体的接近程度的信号发送给位于所述封装体的外表面处的输出接脚。
(19)如(18)所述的方法，其中所述发送包括将所述输出接脚连接到信号源。
(20)如(18)所述的方法，其中所述发送包括改变向所述输出接脚施加的信号。
(21)如(18)所述的方法，还包括：
检测所述导电物体的移动方向；和
将表示所述移动方向的信号发送到所述输出接脚。
附图说明
本公开通过例示而非限制的方式在附图的图表中图示。
图1是图示处理触摸式传感器的数据的电子系统的实施例的方框图。
图2图示用来测量传感器元件上的电容的弛豫振荡器的实施例。
图3图示用来测量传感器元件的电容的包括σ－δ调制器和数字滤波器的电路的实施例的示意图。
图4是图示根据一个实施例的电容式按钮系统的方框图。
图5图示电容感应按钮的一个实施例。
图6图示根据一个实施例的电容感应按钮集成电路的顶视图和底视图。
图7A图示根据一个实施例的电容式传感器按钮集成电路的顶视图。
图7B图示根据一个实施例的电容式传感器按钮集成电路的侧视图。
图8图示根据一个实施例的用于电容式传感器按钮集成电路的接地垫片和传感器元件。
图9A图示根据一个实施例的电容感应按钮集成电路。
图9B图示根据一个实施例的用于电容感应按钮集成电路的插件印刷电路板(PCB)。
图10A图示根据一个实施例的电容感应按钮的顶视图。
图10B图示根据一个实施例的电容感应按钮的侧视图。
图11A图示根据一个实施例的用于电容感应按钮集成电路的传感器图案。
图11B图示根据一个实施例的用于电容感应按钮集成电路的传感器图案。
图12A图示根据一个实施例的用于电容感应按钮集成电路的传感器图案。
图12B图示根据一个实施例的用于电容感应按钮集成电路的传感器图案。
图13图示根据一个实施例的用于电容感应按钮集成电路的引线框。
具体实施方式
为了提供对本发明的几个实施例的深入理解，下面的描述阐述许多个具体的细节，例如具体的系统、元件、方法等的例子。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，至少本发明的一些实施例可以没有这些具体的细节而实施。在其它情况下，为了避免不必要地使本发明造成模糊，没有详细地描述或者以简单的方框图形式表示众所公知的元件或方法。从而，阐述的具体细节仅是示例性的。特定的实施方式可以与这些示例性细节不同，并且仍然认为在本发明的精神和范围内。
在许多情况下，用电容触摸式传感器按钮来代替机械按钮会涉及印刷电路板(PCB)的设计的重大变化，以包括传感器元件、接地垫片、电容传感器、和其它元件(例如LED)。可以集成电容触摸式传感器按钮的一个实施例，使得传感器元件、接地垫片、电容传感器、和其它部件包含在单个的集成电路(IC)封装体中。这种方法可以最小化用电容触摸式传感器按钮代替机械按钮的复杂性。
在一个实施例中，集成的电容触摸式传感器按钮可以包括在集成电路封装体中附加的接地垫片和传感器元件、以及与接地垫片和传感器元件耦接的电容传感器。在一个实施例中，电容传感器用来测量传感器元件的电容。集成电路封装体还可以具有均位于封装体的外部以便于在PCB上的安装以及与PCB迹线的连接的接地接脚和输出接脚(outputpin)。在一个实施例中，输出接脚可以传送取决于传感器元件所测量的电容的信号。例如，当测量的电容超过阈值时，输出接脚可以连接到接地接脚或某个其它的接脚，或者产生输送关于测量的电容的信号并将该信号施加到输出接脚上。
图1图示具有用来检测导电物体的存在的处理装置的电子系统一个实施例的方框图。在一个实施例中，可以将电子系统200的部件封装到单个的IC封装体中，以用作电容感应按钮。例如，电子系统200可以包括处理装置210，将处理装置210包括在与触摸式传感器按钮240、触摸式传感器滑块230、或触摸式传感器元件220相同的集成电路封装体中。在一个实施例中，可以将触摸式传感器按钮240、滑块230、或元件220安装在实现电容式触摸感应按钮的集成电路封装体的顶表面附近。
在一个实施例中，电子系统200还可以包括主处理器250、嵌入式控制器260、和非电容式传感器元件270。处理装置210可以包括模拟和/或数字通用输入/输出 (“GPIO”)端口207。GPIO端口207可以是可编程的。GPIO端口207可以与可编程互连逻辑(“PIL”)耦接，PIL起到GPIO端口207和处理装置210的数字块阵列(未图示)之间的互连的作用。在一个实施例中，数字块阵列可以用可配置的用户模块 (“UM”)来实现多种数字逻辑电路(例如，DAC、数字滤波器、数字控制系统等)。该数字块阵列可以与系统总线(未图示)耦接。处理装置210还可以包括存储器，例如随机存取存储器(RAM)205和程序闪存204。RAM 205可以是静态RAM(SRAM) 等，程序闪存204可以是非易失性存储器等，其可用用来存储固件(例如可由处理核心202来执行以实现本文描述的操作的控制算法)。处理装置210还可以包括与存储器和处理核心202耦接的存储器控制单元(MCU)203。
处理装置210还可以包括模拟块阵列(未图示)。模拟块阵列也可以与系统总线耦接。在一个实施例中，模拟块阵列也可以用可配置的UM来实现多种模拟电路(例如，ADC、模拟滤波器等)。模拟块阵列也可以与GPIO 207耦接。
如图所示，电容传感器201可以集成到处理装置210中。电容传感器201可以包括用来与外部元件(例如触摸式传感器元件220、触摸式传感器滑块230、触摸式传感器按钮240、和/或其它装置)耦接的模拟I/O。下面更详细地描述电容传感器201 和处理装置202。
应该注意到，这里描述的实施例不限于触摸式传感器按钮(例如电容感应按钮)，而是可以用在其它电容式感应实现方式中，例如，感应装置可以是触摸式传感器滑块 230、或触摸式传感器元件220。类似地，这里描述的操作不限于笔记本操作，而是可以包括其它操作，例如亮度控制(调光器)、音量控制、图像均衡器控制、速度控制、或需要连续的或不连续的调节的其它控制操作。还应该注意到，电容式感应实现方式的这些实施例可以与非电容式感应元件一起使用，非电容式感应元件包括但不限于点选键、滑块(例如显示亮度和对比度)、滚轮、多媒体控制(例如音量、声迹超前等)、和数字键盘操作。
电子系统200包括通过总线221与处理装置210耦接的触摸式传感器元件220。触摸式传感器元件220可以包括二维传感器阵列。二维传感器阵列可以包括排列成行和列的多个传感器元件。电子系统200包括通过总线231与处理装置210耦接的触摸式传感器滑块230。触摸式传感器滑块230可以包括一维传感器阵列。一维传感器阵列可以包括排列成行或可选择地排列成列的多个传感器元件。电子系统200包括通过总线241与处理装置210耦接的触摸式传感器按钮240。触摸式传感器按钮240可以包括一维或多维传感器阵列。一维或多维传感器阵列包括多个传感器元件。对于触摸式传感器按钮，传感器元件可以耦接起来以检测在触摸感应面板的整个表面上导电物体的存在。可选择地，触摸式传感器按钮240具有单个的传感器元件来检测导电物体的存在。在一个实施例中，触摸式传感器按钮240可以是电容传感器元件。可以用电容传感器元件作为非触摸式传感器元件。这些传感器元件当受绝缘层的保护时提供对于恶劣环境的抵抗。
电子系统200可以包括触摸式传感器元件220、触摸式传感器滑块230、和/或触摸式传感器按钮240中一个或多个的任意组合。在另一个实施例中，电子系统200还可以包括通过总线271与处理装置210耦接的非电容式传感器元件270。非电容式传感器元件270可以包括机械按钮、发光二极管(LED)、和其它用户接口设备，例如鼠标、键盘、或不需要电容感应的其它功能键。在一个实施例中，总线271、241、231、和221可以是单个的总线。可选择地，这些总线可以是一个或多个单独的总线的任意组合。
处理装置还可以提供增值功能，例如键盘控制集成电路、LED、电池充电器、和通用I/O，如被描述为非电容式传感器元件270。非电容式传感器元件270与GPIO207 耦接。
处理装置210可以包括内部的振荡器/时钟206和通信块208。振荡器/时钟块206给处理装置210的一个或多个部件提供时钟信号。通信块208可以用来通过主机接口 (I/F)线路251与外部元件例如主处理器250通信。可选择地，处理块210也可以与嵌入式控制器260耦接以与外部部件例如主机250通信。与主机250的连接可以通过多种方法。处理装置210可以用行业标准接口例如USB、PS/2、集成电路间(I2C) 总线、或系统报文分组接口(SPI)，与外部部件例如主机250通信。主机250和/或嵌入式控制器260可以用来自于容纳感应装置和处理装置的组件的带或柔性电缆与处理装置210耦接。
在一个实施例中，处理装置210用来与嵌入式控制器260或主机250通信以发送和/或接收数据。数据可以是指令或可选择地是信号。
在一个实施例中，处理装置210可以运行以用硬件、软件、和/或固件来传送数据(例如，命令或信号)，可以直接将数据传送给主机250的处理装置(例如主处理器)，或者可选择地，可以通过主机250的驱动器(例如OS驱动器、或其它非OS驱动器)，将数据传送给主机250。应该注意到，主机250可以通过主机接口251直接与处理装置210通信。
在一个实施例中，发送给主机250的数据包括感应装置上导电物体的位置或部位。可选择地，可以将其它用户接口装置命令从处理装置210发送到主机250。这些命令可以基于处理装置所识别的、在感应装置上出现的手势，例如敲、推、跳、拉、和锯齿形手势。可选择地，可以识别其它命令。类似地，可以发送表示识别出这些操作的信号。
尤其是，例如当手指(例如导电物体)位于感应装置之上少于阈值时间时可以是敲手势。如果手指置于触摸面板之上的时间大于阈值时间，可以认为是沿x轴或y轴的指示器的移动。在另一个实施例中，当触摸式传感器按钮的传感器元件的电容超过预设的阈值时，可以激活触摸式传感器按钮。可选择地，当在触摸式传感器按钮上识别出敲手势时，可以激活触摸式传感器按钮。
处理装置210可以位于常见的载体基板例如集成电路(IC)裸片基板、或多芯片模块基板等上。可选择地，处理装置210的部件可以是一个或多个分离的集成电路和 /或离散的部件。在一个示例性实施例中，处理装置210可以是由位于美国加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体公司制造的可编程片上系统(PSOCTM)处理装置。可选择地，处理装置210可以是本领域一般技术人员公知的一个或多个其它处理装置，例如微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、或现场可编程门阵列(FPGA)等。在可替换的实施例中，处理装置例如可以是具有包括核心单元和多个微引擎的多个处理器的网络处理器。此外，处理装置可以包括通用处理装置和专用处理装置的任意组合。
应该注意到，这里描述的实施例不限于具有与主机耦接的处理装置的结构，而是可以包括测量感应装置上的电容并将原始数据发送给经过应用对其进行分析的主计算机的系统。实际上处理装置210所进行的处理也可以在主机上进行。
在一个实施例中，这里描述的方法和装置可以在完全独立的感应装置(包括该感应装置)中实现，完全独立的感应装置将充分处理了的x/y移动和手势数据信号或数据命令或手指存在的指示输出给主机。在另一个实施例中，该方法和装置可以在一个感应装置中实施，该感应装置将位置数据、手势数据、和/或手指存在数据输出给主机，其中主机处理接收的数据以检测手势。在另一个实施例中，该方法和设备可以在一个感应装置中实现，该感应装置将原始电容数据输出给主机，其中主机处理电容数据以补偿静态和寄生电容，并通过处理电容数据计算位置信息、检测导电物体的存在、和 /或检测手势。可选择地，该方法和装置可以在一个感应装置中实现，该感应装置将预处理的电容数据输出给主机，感应装置处理电容数据以补偿静态和寄生电容，并且主机根据预处理的电容数据计算位置信息、检测导电物体的存在、和/或检测手势。
电容传感器201可以集成到处理装置210中。可选择地，可以产生对电容传感器201的描述并对其进行编辑，以包括进其它的集成电路中。例如，可以用硬件描述语言(例如VHDL或Verilog)产生行为级代码描述的电容传感器201或其一部分，并将所述行为级代码描述的电容传感器201或其一部分储存到机器可访问的介质(例如闪存ROM、CD-ROM、硬盘、软盘等)中。而且，可以将行为级代码编译成寄存器传输级(“RTL”)代码、网络表(netlist)、或甚至电路布局，并将所述行为级代码存储到机器可访问的介质中。行为级代码、RTL代码、网络表、和电路布局都代表描述电容传感器201的各种抽象程度。
应该注意到，电子系统200的部件可以包括上面描述的所有部件。可选择地，或者，电子系统200可以仅包括上面描述的一些部件，或包括这里没列出的其它部件。
在一个实施例中，电子系统200可以用在笔记本计算机中。可选择地，该电子装置可以用在其它应用例如移动手持设备、个人数字助理(PDA)、键盘、电视、机顶盒、远程控制、监视器、手持式多媒体设备、手持式放像机、手持式游戏机、厨房电器(例如冰箱、烤箱、灶台、洗碗机)、洗衣电器(洗衣机或烘干机)测试和测量设备、医学设备或控制面板中。
在一个实施例中，电容传感器201可以是电容性开关张驰振荡器(CSR)。该CSR 可以与传感器部件阵列耦接，用电流可编程张驰振荡器、模拟多路转换器、数字计数功能、和高级别软件线路来补偿环境的和物理的传感器元件变化。传感器阵列可以包括独立的传感器元件、滑动的传感器元件(例如触摸式传感器滑块)、和实施为一对垂直的滑动传感器元件的触摸式传感器传感器元件垫片(例如触摸垫片)的组合。CSR 可以包括物理、电子、和软件部件。物理部件可以包括物理传感器部件本身，典型地是由IC封装结构中使用的引线框或其它薄片金属所形成的、或在印刷电路板(PCB) 上形成的、具有绝缘覆盖层、柔性膜、或透明覆盖物的图案。电子部件可以包括将充电了的电容转换为检测信号的振荡器或其它装置。电子部件也可以包括测量振荡器输出的计数器或计时器。软件部件可以包括将计数值转变为传感器部件检测决定(也被称为开关检测决定)的检测和补偿软件算法。例如，在滑块传感器部件或X-Y触摸式传感器传感器部件垫片的情况下，可以使用以比传感器部件的物理节距大的分辨率 (resolution)确定导电物体位置的运算。
应该注意到，有多种测量电容的方法。虽然用张驰振荡器来描述在这里描述的一些实施例，但是这些实施例不限于使用张驰振荡器，而是可以包括其它方法，例如电流－电压相移测量、电阻器－电容器充电计时、电容性桥式分配器、电荷转移、σ－δ调制器、或电荷－聚积电路等。
电流－电压相移测量可以包括通过固定值的电阻器来驱动电容，以产生可预计的量的非同向的电流－电压波形。可以调节驱动频率来保持相测量在容易测量的范围内。电阻器－电容器充电计时可以包括通过固定的电阻器给电容器充电，然后测量电压斜升上的计时。为了合理的计时，小的电容值可能需要很大的电阻器。电容性桥式分频器可以包括通过固定的参考电容器，驱动受验的电容器。参考电容器和受验的电容器形成电压分配器。用同步解调器恢复电压信号，这可以在处理装置210中进行。电荷转移在概念上类似于R－C充电电路。在这种方法中，CP是被感应到的电容。CSUM是求和的电容器，电荷按照连续的循环被传送到电容器中。在测量周期的开始，对 CSUM上的电压进行重置。CSUM上的电压随着每一个时钟周期成指数地(并且仅略微地)增加。用计数器测量这个电压达到特定阈值的时间。没有包括关于这些可选择的实施例的其它细节，以便于不对这些实施例造成模糊，还因为这些测量电容的可选择实施例是本领域一般技术人员公知的。
图2图示测量传感器元件351上的电容的张驰振荡器的一个实施例。张驰振荡器350由传感器元件351(表示为电容器351)上的要测量的电容、充电电流源352、比较器353、和重置开关354(也被称为放电开关)形成。应该注意到，电容器351代表传感器元件上测量的电容。传感器元件以及一个或多个周围的接地导体可以是金属，或者可选择地，该导体可以是导电墨水(例如碳墨水)或导电聚合物。耦接张驰振荡器，以沿单一的方向将充电电流(IC)357驱动到受验设备(“DUT”)电容器、电容器351上。随着充电电流将电荷累积到电容器351上，电容器两端的电压作为 IC357和其电容C的函数随时间增加。等式(1)描述了电流、电容、电压、和给电容器充电的时间之间的关系。
CdV＝ICdt (等式1)
通过以固定的电流IC357，将电容器351从地电势或零电压充电到在节点355处充电器351两端的电压达到参考电压或阈值电压VTH360，张驰振荡器启动。在阈值电压VTH360处，张驰振荡器允许节点355处聚积的电荷放电(例如使电容器351“松弛”回到地电势)，然后该处理重复自身。尤其是，比较器353的输出确立使重置开关 354启动的时钟信号FOUT356(例如FOUT356变高)。这将节点355处电容器上的电压放电到地，并且又一次开始充电循环。张驰振荡器输出具有取决于电容器351的电容 C和充电电流IC357的频率(fRO)的张驰振荡器时钟信号(FOUT356)。
重置开关354和比较器353的比较器往返时间(comparator trip time)增加了固定的延迟。比较器353的输出与参考系统时钟同步，以保证重置时间足够长到使电容器 351完全放电。这给操作频率设置了一个实际的上限。例如，如果电容器351的电容 C改变，那么fRO根据等式1成比例地改变。通过将FOUT356的fRO与已知参考系统时钟信号(REF CLK)的频率(fREF)比较，可以测量电容的变化(ΔC)。相应地，下面的等式2和3描述了FOUT356与REFCLK之间的频率变化与电容器351的电容变化成比例。
ΔC∝Δf，其中 (等式2)
Δf＝fRO-fREF (等式3)
在一个实施例中，可以耦接频率比较器以接收张驰振荡器时钟信号(FOUT356) 和REF CLK，分别比较它们的频率fRO和fREF，输出表示这两个频率之间的差别Δf 的信号。通过监控Δf，可以确定电容器351的电容是否改变。
在一个示例性实施例中，可以用可编程计时器来实现比较器353和重置开关354，从而建立张驰振荡器350。可选择地，可以用其它电路来建立张驰振荡器350。张驰振荡器是本领域一般技术人员公知的，因此相应地不包括关于它们的操作的附加细节，以便于不对这些实施例造成模糊。可以在寄存器可编程电流输出DAC(也被称为IDAC)中产生用于张驰振荡器350的电容器充电电流。因此，电流源352可以是电流DAC或IDAC。可以用处理装置210所提供的例如来自于处理核心202的8位的值来设置IDAC输出电流。8位的值可以存储在寄存器中或存储器中。
在许多的电容传感器元件设计中，感应电容器的两个“导体”实际上是电绝缘的相邻的传感器元件(例如PCB垫片或迹线)。典型地，这些导体中的一个连接到接地系统。触摸式传感器滑块(例如线性滑动传感器元件)和触摸式传感器垫片应用的布局具有可以紧邻的传感器元件。在这些情况下，非活动的所有传感器元件通过专用于该接脚的处理装置210的GPIO 207连接到接地系统。相邻导体之间的实际电容小(Cp)，但是当检测导电物体303的存在时，接地的活动导体(active conductor)(以及其返回到处理装置210的PCB迹线)的电容被认为较高(Cp+Cf)。两个相邻导体的电容通过下面的等式给出：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000111
等式4的尺寸用米表示。这是电容的很简单的模型。实际情况是存在的边缘效应显著增加了传感器元件与地(以及PCB迹线与地)的电容。
可以通过下面的方法中的一个或多个来增加传感器元件的灵敏度(即激活距离)：1)增加基板的厚度以增加活动的传感器元件与任意的寄生现象之间的距离；2)将在传感器元件下面的PCB迹线线路最小化；3)如果使用接地平面绝对必要，则利用具有50％或更小的填充的网格接地；4)增加传感器元件垫片与任意相邻的接地平面之间的空间；5)增加垫片面积；6)减小任意的绝缘覆盖层的厚度；7)在绝缘覆盖层中使用更高介电常数的材料；或8)验证在PCB垫片表面与触摸的手指之间没有气隙。
传感器元件的灵敏度会随环境因素而发生某种变化。在高级别的API中提供基线更新例程来补偿这种变化。
如上面对张驰振荡器350的描述，当手指或导电物体放置在传感器元件上时，电容从Cp增加到Cp+Cf，因此张驰振荡器350输出信号356(FOUT)降低。可以将张驰振荡器的输出信号356(FOUT)馈送给数字计数器用于测量。有两种对张驰振荡器的输出信号356进行计数的方法：频率测量和周期测量。张驰振荡器和数字计数器的其它细节是本领域一般技术人员公知的，因此不包括关于它们的详细描述。还应该注意到，这里描述的实施例不限于使用张驰振荡器，而是可以包括其它测量电容的感应电路，例如电流－电压相移测量、电阻器－电容器充电计时、电容性桥式分配器、电荷转移、σ－δ调制器、电荷－聚积电路等。
图3图示了用于测量传感器元件351上的电容的包括σ－δ调制器360和数字滤波器390的电路375的一个实施例的示意图。电路375包括切换电路370、切换时钟源380、σ－δ调制器360、和用于测量传感器元件351上的电容的数字滤波器390。传感器元件351可以用于触摸式传感器按钮，用调制器反馈回路中的切换电容器Cx 来代表传感器元件351。切换电路370包括两个开关SW1 371和开关SW2 372。开关 SW1 371和SW2 372在两个、不交叠的相位下运行(也被称为先断后合结构 (break-before-make configuration))。这些开关与感应电容器Cx 351一起形成切换电容器等效电阻器，该电阻器在这两个相位之一期间提供σ－δ调制器360充电电路(如图3所示)或放电电流(未图示)的调制器电容器Cmod 363。
σ－δ调制器360包括比较器361、锁存器362、调制器电容器Cmod 363、也被称为偏置电阻器365的调制器反馈电阻器365、和电压源366。当调制器电容器363 上的电压超过参考电压364时，比较器的输出可以用来进行来回切换(toggle)。参考电压364可以是预先编程的值，也可以是用来可编程的。σ－δ调制器360还包括与比较器361的输出耦接的锁存器362，以将比较器361的输出锁存给定量的时间，并且作为输出提供输出392。锁存器可以用来基于来自于门电路382的时钟信号(例如来自于振荡器381的振荡器信号)将比较器的输出锁存。在另一个实施例中，σ－δ调制器360可以包括进行操作以将比较器的输出锁存预定长度的时间的同步锁存器。为了由数字滤波器390对比较器361的输出信号进行测量或取样，可以将比较器的输出锁存。
σ－δ调制器360用来通过可选择地将切换电容器电阻器(例如开关SW1 371和 SW2372以及感应电容器Cx 351)耦接到调制器电容器363而将调制器电容器363 上的电压保持为接近参考电压Vref 364。σ－δ调制器360的输出392(例如锁存器362 的输出)被反馈给切换时钟电路380，该电路控制切换电路370的开关SW1 371和 SW2 372的切换操作的定时。例如，在这个实施例中，切换时钟电路380包括振荡器 381和门电路382。可选择地，切换时钟电路380可以包括时钟源，例如扩展频谱时钟源(例如伪随机信号(PRS))、分频器、或脉冲宽度调制器(PWM)等。用σ－δ调制器360的输出392与振荡器信号一起来对控制信号393进行开闭控制(gate)，控制信号393按照非交叠的方式(例如两个非交叠的相位)对开关SW1 371和SW2 372 进行切换。σ－δ调制器360的输出392也输出到数字滤波器430，数字滤波器430对输出进行滤波和/或将该输出转换为数字代码391。
在操作方法的一个实施例中，在电源接通时，调制器电容器363具有零电压，(由感应电容器Cx 351和开关SW1 371和开关SW2 372形成的)切换电容器电阻器连接在Vdd线路366和调制器电容器363之间。这种连接使得调制器电容器363上的电压升高能够。当这个电压达到比较器参考电压Vref 364时，比较器361对开关SW1 371 和开关SW2 372的控制信号393进行反复切换和开闭控制，停止充电电流。因为通过偏置电阻器Rb 365的电流继续流动，所以调制器电容器363上的电压开始下降。当其下降到参考电压364以下时，比较器361的输出再次切换，使得调制器363开始充电。锁存器362和比较器361设置σ－δ调制器360的采样频率。
耦接数字滤波器390以接收σ－δ调制器360的输出392。σ－δ调制器360的输出392可以是单一位的位流，可以用数字滤波器390将其滤波和/或转换为数字值。在一个实施例中，数字滤波器390是计数器。在另一个实施例中，可以使用标准Sinc 数字滤波器。在另一个实施例中，数字滤波器是噪声消除器(decimator)。可选择地，可以用其它的数字滤波器来对σ－δ调制器360的输出392进行滤波和/或转换，以提供数字代码391。还应该注意到，可以将输出392输出到处理装置210的判定逻辑402 或其它部件、或输出到主机250的判定逻辑451或其它部件，以处理σ－δ调制器360 的位流输出。
下面描述的是代表图3的操作的数学等式。在正常的操作模式中，σ－δ调制器 360通过将调制器363上的电压保持为等于或接近于参考电压Vref 364而保持这些电流等于平均值。偏置电阻器Rb365的电流为：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000141
在切换的电容器模式下的感应电容器Cx 351具有等效电阻：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000142
其中fs是开关(例如开关电路370)的操作频率。如果σ－δ调制器360的输出 392具有dmod的占空比，则切换电容器351的平均电流可以用下面的等式7表示：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000143
在操作模式中，
IRb＝Ic,Vc mod＝Vref或：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000144
或考虑到参考电压364是供应的电压的一部分
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000145
等式(5)可以按照下面的形式重写：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000146
等式10确定了最小的感应电容值，可以按照给定的参数设置，用所提出的方法来测量最小的感应电容值：
dmod≤1，或：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000147
可以由用下面的等式表示的σ－δ调制器的占空比测量分辨率来确定这种方法的分辨率：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000148
或者在相对地重写ΔCx之后，获得：
Figure DEST_PATH_GDA0001388574400000149
在一个示例性实施例中，偏置电阻器365的电阻是20K欧姆(Rb＝20k)，开关的操作频率是12MHz(fs＝12MHz)，切换电容器351上的电容是15皮法拉(Cx＝ 15pF)，Vdd 366与电压参考364之间的比是0.25(kd＝0.25)，占空比具有12位的分辨率，电容分辨率是0.036pF。
在电容性感应应用的一些实施例中，快速地获取数据测量值可能是重要的。例如，对于12位分辨率的样本，调制器可以在10MHz的样本频率下操作(周期是0.1微秒 (μs))，作为单一类型的积分器/计数器的数字滤波器，测量时间约为410μs(例如 212×0.1μs＝410μs)。为了在相同的分辨率下获得更快的测量速度，可以用其它类型的数字滤波器，例如通过使用Sinc2滤波器，在相同分辨率下的扫描时间可以减少约4 倍。为了实现这个目的，感应方法应该具有合适的测量速度。在一个实施例中，可以通过使用双积分器作为数字滤波器390来实现优良的测量速率。
图4图示包括用来从一组电容式触摸感应按钮中测量电容的电容传感器控制器503的电容性按钮系统500的实施例。在一个实施例中，电容传感器控制器503用调制电容器CMOD504来测量电容。在一个实施例中，CMOD504可以类似于如图3所示的电容器363执行。
在一个实施例中，电容式触摸感应按钮包括接地垫片501和位于包含控制器503的集成封装体之外的传感器电极502(1)－502(4)。例如，传感器电极502可以形成在PCB的顶层上。一个接地垫片可以形成在PCB的顶层上，包围传感器电极502，而另一个接地平面可以形成在PCB的底层上，位于传感器电极502和第一接地平面之下。
对于电容式按钮系统例如系统500，分离的部件(例如接地垫片501、传感器电极502、和调制电容器CMOD504)可以占据PCB布局中除了控制器503所占据的空间以外的空间。然而系统500可以占据PCB布局中更多的空间，以包括例如LED的部件来指示按钮的状态。
图5图示集成到单一的集成电路封装体中的电容感应按钮600的一个实施例。在一个实施例中，集成到单一的封装体中的电容感应按钮可以用来容易地用布局和布线的最小变化来代替机械按钮。例如，可以在多层板上使用电容感应按钮600而不影响内部层的布线。在一个实施例中，集成电路可以实现一个按钮；可选择地，集成电路也可以实现多个按钮。电容感应按钮600可以制造成矩形、圆形、或其它形状。
实现电容感应按钮600的集成电路装置的实施例可以包括由集成电路封装材料613(例如环氧树脂、硅树脂、塑料、或其它模塑化合物)形成的集成电路封装体。在一个实施例中，集成电路的顶部602可以由相同的封装材料形成。在一个实施例中，用顶部602作为传感器元件603和接地垫片607之上的覆盖层以保护传感器元件603 和接地垫片607。在可选择的实施例中，封装体顶部602可以由与封装材料613不同的材料形成。
电容感应按钮600还可以包括附加到集成电路封装体内的电容式传感器控制器裸片608、接地元件607、和传感器元件603。在一个实施例中，接地垫片607和传感器元件603可以由导电材料例如铜形成。
在一个实施例中，可以用空气作为接地垫片607和传感器元件603之间的电介质。这种设置可以相对于使用不同的电介质材料的布置，增加由传感器元件603和接地垫片607形成的电容式传感器的灵敏度。
在一个实施例中，可以用玻璃熔块密封来密封传感器元件603与接地垫片607之间的气隙。在一个实施例中，玻璃熔块会沿着传感器元件603的边缘，位于传感器元件603和接地垫片607之间。
在一个实施例中，传感器元件603可以置于接地垫片607之上，而接地垫片607 的外边缘升高以包围传感器元件603的边缘。例如，如图5所示，接地垫片607可以形成为盘形状，传感器元件603位于该盘内。从而使接地垫片607基本上包围传感器元件603的每一边，除了传感器元件603的顶表面之外。
在一个实施例中，电容感应按钮600包括执行类似于如图1所示的电容传感器201的功能的电容传感器。可以实现电容传感器作为电容式传感器控制器608的一部分。在一个实施例中，可以在集成电路封装体的底部附近安装电容式传感器控制器裸片 608。
在一个实施例中，电容式传感器控制器裸片608可以在集成电路封装体的底表面上具有暴露的表面609，使得暴露的裸片表面609可以起到热沉的作用，将热量从芯片的内部传导出去。
在一个实施例中，在电容式传感器控制器608中实现的电容传感器可以通过焊接导线(bonding wire)例如导线610连接到接地垫片607和传感器元件603。焊接导线 610还可以将电容式传感器控制器608与集成电路封装体内的其它部件连接。在一个实施例中，电容式传感器控制器608用来执行测量传感器元件的电容的操作。例如，电容式传感器控制器可以按照类似于图1和4中图示的处理装置210的方式操作。
在一个实施例中，电容式传感器控制器608中的电容传感器会基于测量的电容使特别的信号施加到输出接脚上。例如，电容传感器会检测导电物体例如手指601离传感器元件603位于其下的集成电路封装体的外表面的接近程度，并且响应检测物体的接近程度，电容传感器会使输出接脚和另一个接脚之间的电阻增加或减小。可选择地，电容传感器会使激活信号施加到输出接脚上。在一个实施例中，输出接脚会传送表示电容变化的大小、导电物体的接近程度、或其它计量的信号。
在一个实施例中，可以用垫片(例如暴露于集成电路封装体的外表面上的导电材料形成的垫片612)来实现输出接脚。垫片612可以通过一个或多个焊接导线610连接到电容式传感器控制器608。
在一个实施例中，电容感应按钮600还可以包括与电容式传感器控制器608耦接并且贴装在集成电路封装体内的调制电容器CMOD611。在一个实施例中，电容器 CMOD611可以按照诸如图3所示的调制电容器Cmod363之类的调制电容器相类似的方式操作。在一个实施例中，调制电容器611和/或其它的无源部件可以集成在集成电路封装体的内部，使得与机械按钮相比电容感应按钮600不需要额外的部件外部部件。可选择地，这样的无源部件可以集成在芯片608自身内。
在一个实施例中，电容感应按钮600可以包括触感反馈元件614。如图5所示，触感反馈元件614可以覆盖集成电路封装体的顶部602。在一个实施例中，可以设计触感反馈元件614以提供随后被触摸或按下的触感刺激物。例如，可以由响应手指或其它物体所施加的压力而点按的塑料圆盖来实现触感反馈元件614。可选择地，触感反馈元件614可以是包括升起的脊或突出部以使用户能够通过触摸对电容感应按钮 600的位置进行定位的静态形式。在一个实施例中，触感反馈元件614可以由金属或塑料(例如聚酯)形成。在一个实施例中，触感反馈元件614可以由聚酯形成，所述聚酯在触感反馈元件614的内层上具有导电涂料或墨水以增加电容感应按钮的灵敏度。
在一个实施例中，触感反馈元件614可以起到额外的静电放电(ESD)屏蔽的双重作用。例如，触感反馈元件614可以涂覆有可以接地的导电材料，例如银涂料。
在一个实施例中，集成电路封装体或触感反馈元件614的顶部602可以具有能够接受墨水或印刷的表面，使得可以直接将符号或其它标记物印刷到按钮600上。
电容感应按钮600的一个实施例进一步包括灯光以指示按钮600的状态。例如，取决于各种条件，例如当检测到导电物体例如手指601的接近或当按钮600接通电源时，这样的按钮600会发光。在一个实施例中，通过焊接导线601中的一个可以将 LED 606连接到电容式传感器控制器608，可以由电容式传感器控制器608控制LED 606的照明度。在一个实施例中，LED 606可以是位于集成电路封装体内的多个LED 中的一个。
在一个实施例中，可以安装LED 606以面对按钮600的上表面。在一个实施例中，由透明或半透明材料制成的散射器605可以位于LED 606之上以散射来自于LED 606 的光。在一个实施例中，封装体顶部602和触感反馈元件614可以是透明的或半透明的以使来自于LED 606的光能够穿过。可选择地，这些部件可以具有间隙以使来自于 LED 606的光能够穿过。
图6图示根据一个实施例的电容感应按钮集成电路芯片600的顶部700和底部710。芯片的顶表面700上的部件包括传感器元件603和包围传感器元件603的接地垫片607的顶部边缘。接地垫片607的可见边缘也可以连接到传感器元件603下面的导电平面(图6中未图示)。这个导电平面可以补足接地垫片607的剩余部分。
在一个实施例中，接地接脚713包括集成电路封装体的底面或侧面上的暴露导体。在一个实施例中，接地接脚713可以连接到接地垫片607以及电容式传感器控制器 608。可以用接地接脚713将来自主机装置的接地电势连接到接地垫片607和电容式传感器控制器608。
在一个实施例中，可以用包括集成电路封装体的底面上的暴露导体的VDD接脚 712来向集成电路芯片提供电力。
在一个实施例中，输出接脚714位于集成电路芯片的底面710上，输出接脚714 可以传送基于传感器元件603所测量的电容的信号。在一个实施例中，接脚714可以传送表示导电物体与传感器元件603的接近程度的信号。
在一个实施例中，可以在电容式传感器控制器608中实现的电容传感器可以用来降低输出接脚714与集成电路封装体的外表面上的另一个接脚之间的电阻。例如，输出接脚714可以响应检测到传感器元件603附近的导电物体或检测到传感器元件603 与接地垫片607之间的电容变化的电容传感器而连接到地713。可选择地，输出接脚 714可以连接到另一个接脚，例如VDD712。
在一个实施例中，电容传感器可以响应测量的电容或电容的变化，通过将输出接脚714连接到信号源而将信号施加到输出接脚714。例如，电容传感器可以响应检测到电容中的变化或响应检测到导电物体的邻近而使输出接脚714连接到某一个内部信号源，例如信号发生器或缓冲器。可选择地，电容传感器可以使在电容发生变化时已经施加到输出接脚714上的信号的变化被检测到。
在一个实施例中，集成电路封装体可以包括用于与外部感应元件连接的接脚711。在一个实施例中，可以用连接到接脚711上的外部感应元件作为用来检测当给实现电容式按钮集成电路的装置上电时的按钮按压的参考传感器。
图7A和7B图示包括裸片(die)801的、包括类似于如图5所示的控制器608 的电容式传感器控制器的电容式按钮集成电路的实施例。该集成电路包括引线框802，引线框802包括分别通过焊接导线连接到裸片801的多条引线。在上面安装引线框802 和裸片801、接地垫片803和传感器元件804。在一个实施例中，接地垫片通过一个或多个接地垫片螺柱(例如螺柱(stub)806)连接到引线框802的一条或多条引线。引线框连接到裸片801，从而将接地垫片803连接到裸片801。类似地，可以用螺柱 (例如传感器元件螺柱805)来将传感器元件804连接到引线框802，从而连接到裸片 801。
在一个实施例中，螺柱(例如螺柱805和806)还可以将接地垫片803和传感器元件802保持在适当的位置，使得接地垫片803在除了传感器元件802的顶部之外的所有侧面上包围传感器元件802。
在一个实施例中，用玻璃熔块密封来密封传感器元件804和接地垫片803之间的气隙。气隙从而可以起到传感器元件804与接地垫片803之间的电介质的作用，以增加电容式传感器按钮的灵敏度。在一个实施例中，可以用芯片本身的封装材料而不是空气作为电解质来增加灵敏度。在这样的实施例中，可以不需要玻璃熔块密封。
图8图示在分解状态下电容式传感器按钮的接地垫片803和传感器元件804的顶视图。接地垫片803包括传感器元件螺柱可以通过而不电连接到接地垫片803的四个通孔905。例如，传感器元件螺柱可以穿过孔905并且在传感器元件螺柱孔805处连接到传感器元件804。从而，传感器元件804可以被在四个传感器元件螺柱孔处连接的传感器元件螺柱支撑在接地垫片803的上方，而接地垫片803被在接地垫片螺柱孔处例如孔806处连接的另外的接地垫片螺柱所支撑。
图9A图示包括用来支撑裸片1004的插入式PCB1003的集成电路芯片中的电容感应按钮1000的实施例。在一个实施例中，裸片1004可以包括电容式传感控制器，并且从而可以按照类似于裸片801和608的方式操作。在一个实施例中，裸片1004 安装在插入式PCB1003的下侧上。插入式PCB继而可以用环氧树脂1001粘附于引线框1002上。
在一个实施例中，可以如图9B所示在插入式PCB上形成接地垫片。插入式PCB 1100可以包括在其上由导电材料层形成接地垫片1103的基板1105。在一个实施例中，插入式PCB包括用于贴附裸片例如裸片1004的裸片贴附区域1104，以及用于贴附一个或多个无源电部件(例如电容器或电阻器)的垫片1102。在一个实施例中，可以在垫片1102处贴附类似于电容器611或电容器363的调制电容器。在一个实施例中，插入式PCB 1100还可以具有一个或多个通孔。例如，电镀的通孔1101可以提供焊接导线在插入式PCB 1100上将裸片1004与传感器元件连接的路径。
在一个实施例中，电容式传感器按钮集成电路装置可以实现多于一个的传感器元件，可以用这些传感器元件来确定导电物体例如手指与传感器元件邻近时的移动方向。这样的装置可以包括用来测量传感器元件的电容、基于测量的电容确定导电物体的移动方向、并且通过输出接脚以移动方向发信号到集成电路封装体外部的电容式传感器控制器。
图10A图示根据一个实施例的电容感应按钮1200的顶视图。按钮1200的这个视图图示按钮1200的各种部件的布置，各种部件包括：包括绕按钮封装的边缘间隔开的多个导体的引线框1202，传感器元件1203，和电容式传感器控制器裸片1208。在一个实施例中，控制器裸片1208的焊接垫片(bond pad)可以通过焊接导线例如焊接导线1210，电连接到引线框1202并连接到传感器元件1203。在一个实施例中，控制器裸片1208和传感器元件1203可以位于按钮封装体的中心。
图10B图示根据实施例的电容感应按钮1200的侧视图。如前面图10A所示，电容感应按钮1200包括通过焊接导线1210连接到引线框1202的控制器裸片1208和传感器元件1203。在一个实施例中，还可以用非导电粘结剂1204将控制器裸片1208 安装到传感器元件1203上。触感反馈元件1214可以覆盖在按钮1200的顶部，可以给按下到反馈元件1214上的手指1201提供触感反馈。在一个实施例中，触感反馈元件1214的底面可以涂覆有导电材料以增加电容感应按钮1200的灵敏度。
图11A图示可以用在电容式传感器按钮集成电路中的一组传感器元件1201-1204的图形1200。尤其是，为了本身电容测量，可以使传感器图案例如传感器图案1200 最优化。
在一个实施例中，传感器元件1201-1204可以设置成网格排列，使得传感器元件1201-1204中的每一个沿第一轴与传感器元件1201-1204中的另一个对齐，沿第二轴与传感器元件1201-1204中的又一个对齐。例如，传感器元件1201在轴1205的方向上与传感器元件1203对齐，在轴1206的方向上与传感器元件1202对齐。在一个实施例中，可以按照与如图5所示的单个传感器元件603类似的方式相对于接地垫片一起放置传感器元件1201-1204。
在一个实施例中，具有多个传感器元件1201-1204的传感器图案1200可以通过检测传感器元件1201-1204中每一个上的电容变化来检测邻近传感器元件1201-1204 的导电物体的移动。
图11B图示与用来执行传感器元件之间的互电容感应的电容式按钮集成电路一起使用的传感器图案1210的实施例。传感器图案1210是径向对称的，包括围绕中心传感器元件1215辐射布置的传感器元件1211-1214的子集。在一个实施例中，传感器元件1211-1214中的每一个在从中心传感器元件1215延伸的径向轴上与中心传感器元件1215对齐。
在一个实施例中，可以感测TX电极与RX电极之间的互电容来检测干扰TX与 RX电极之间的电场的手指或其它导电物体的存在。当导电物体例如手指接近TX与 RX电极之间的电场时，该物体会引起电极之间测量的互电容的降低。例如，如果手指放置于发射电极与接收电极之间的间隙附近，手指的存在会减少电极之间耦合的电荷。从而，在一个实施例中，除了在一个或多个接收电极上测量到电容的降低时识别施加了TX信号的发射电极之外，可以通过识别具有测量到的互电容降低的一个或多个接收电极来确定在传感器电极阵列上或附近的手指的位置。
在一个实施例中，电容传感器可以用来通过顺序向多个径向传感器元件 1211-1214中的每一个施加发射(TX)信号，并接收来自于中心传感器元件1215的 RX信号，来测量径向传感器元件1211-1214中的每一个与中心传感器元件1215之间的互电容。在可选择的实施例中，径向传感器元件1211-1214可以用作RX传感器元件，而中心传感器元件1215用作TX传感器元件。在一个实施例中，当TX传感器元件不用TX信号来驱动时可以接地。
图12A和12B图示对传感器图案1200和1210的额外的修改。具体而言，图12A 图示通过将传感器元件1201-1204中的每一个进一步分成两个传感器元件而均得到一组传感器元件1301A-1304B来获得的传感器图案1300。在一个实施例中，可以用具有这个传感器元件图案的电容式传感器按钮集成电路来实现滚轮，集成电路内的电容式传感器控制器检测可以随着导电物体绕传感器图案1300的中心沿顺时针或逆时针方向移动，传感器元件1301A-1304B的电容的连续变化。在一个实施例中，可以在用来执行传感器元件1301A-1304B的自电容测量的电容式传感器按钮集成电路中使用传感器图案1300。
图12B图示通过将径向传感器元件1211－1214的每一个进一步分为两个传感器元件而均得到一组传感器元件1311A－1314B，来从传感器图案1210获得的传感器图案1310。在一个实施例中，可以用具有这个传感器元件图案的电容式传感器按钮集成电路来实现滚轮，集成电路内的电容式传感器控制器可以检测随着导电物体绕传感器图案1310的中心沿顺时针或逆时针方向移动，传感器元件1301A-1304B的电容的连续变化。在一个实施例中，可以在用来执行传感器元件1311A-1314B的互电容测量的电容式传感器按钮集成电路中使用传感器图案1300。由于具有传感器图案1210，可以用中心传感器元件1311作为RX传感器元件，同时可以用径向传感器元件 1311A-1314B作为TX传感器元件。可选择地，可以用中心传感器元件1311作为TX 传感器元件，同时可以用径向传感器元件1311A-1314B作为RX传感器元件。
在一个实施例中，感应图案不必是对称的。在一个实施例中，在为了自电容测量而最优化的中心类似传感器图案1300中，将传感器图案设计为具有单一的大传感器。这个中心传感器图案可以另外被许多径向TX传感器元件，例如可以用于多盖帽感应 (mutual-cap)的传感器元件1311A－1314B所包围。可以在执行互电容或自电容测量的不同模式中采用这样的组合图案。
在一个实施例中，与自电容测量方法组合的互电容测量方法可以提高电容感应系统抵制由电容触摸式传感器上的水或其它液体所引起的误触摸的能力。在一个实施例中，组合两种感应方法可以增加传感器元件阵列的有效分辨率。例如，如图11A所示的传感器元件1200的2×2排列，互电容方法使得传感器图案边缘附近的信号最强。在相同的传感器图案中，自电容测量使得在图案的中心附近的信号最强。从而，在一个实施例中，除了四个传感器元件1201－1204之外，自电容测量和互电容测量的结合使用还会有效地产生四个虚拟传感器元件。用两种方法收集的电容数据从而可以更高的分辨率组合。
图13图示根据一个实施例的可以形成传感器元件部分和封装体接脚的引线框。在一个实施例中，可以将裸片安装在位于集成电路封装体中心的叶片上。可以将四个传感器元件1401－1404和四个接脚1406－1409(一个用于VDD、Vss、I2C时钟、和数据信号中的每一个)可以形成为引线框1400的部分。在一个实施例中，可以将用于裸片1405的中心叶片与接地接脚相连接，使得可以在分离(singulation)之前支撑中心叶片。在可选择的实施例中，可以使用单线或利用电力线的数据通信链路，在分离之前释放一个或多个接脚用于支撑中心叶片。
这里描述的本发明的实施例包括各种操作。可以通过硬件部件、软件、固件、或它们的组合来执行这些操作。如这里所使用的，术语“与……耦接”可以指直接耦接或通过一个或多个中间元件间接耦接。这里描述的多种总线上提供的任何信号可以与其它信号时间多路复用，并且在一个或多个公用总线上提供这里描述的多种总线上提供的任何信号。此外，电路部件或块之间的互连可以图示为总线或图示为单一的信号线。总线中的每一个可选择地可以是一个或多个单一信号线，单一信号线中的每一个可选择地可以是总线。
特定的实施例可以实现为可以包括存储在计算机可读介质中的指令的计算机程序产品。可以用这些指令来对通用或专用处理器进行编程，以执行描述的操作。计算机可读介质包括任意的以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用)存储或传输信息的机构。计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储介质(例如软盘)、光存储介质(例如CD－ROM)、磁光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)、闪存、或适合存储电子指令的其它类型的介质。
此外，一些实施例可以在计算机可读介质存储在的和/或由多于一个的计算机系统执行所处的分布式计算环境中实施。此外，在计算机系统之间传送的信息通过连接计算机系统的传送介质被拉进或推出。
虽然按照特定的顺序图示和描述了其中的方法的操作，但是每一个方法的操作顺序可以改变，使得可以按照相反的顺序执行特定的操作，或者使得某个操作至少部分与其它操作同时执行。在另一个实施例中，不同操作的指令或子指令可以是间歇的和 /或交替的方式。
在前面的说明书中，参照其特定的示例性实施例描述了本发明。然而，可以在不偏离所附权利要求所阐述的本发明的更宽的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变更。因此，说明书和附图应该被认为是说明性的，而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种集成电路封装体，包括：
多个传感器元件，其布置在所述集成电路封装体内；
接地垫片，其贴附在所述集成电路封装体内；以及
控制器，其布置在所述集成电路封装体内并耦接到所述多个传感器元件，其中所述控制器被配置为将发射信号施加到所述多个传感器元件中的第一传感器元件并接收来自所述多个传感器元件中的第二传感器元件的接收信号，所述接收信号表示所述第一传感器元件和所述第二传感器元件的互电容。
2.如权利要求1所述的集成电路封装体，其中所述多个传感器元件包括中心传感器元件和围绕所述中心传感器元件布置的传感器元件的子集，其中所述互电容在所述传感器元件的子集中的至少一个传感器元件与所述中心传感器元件之间。
3.根据权利要求1所述的集成电路封装体，其中所述控制器被配置为检测所述多个传感器元件的互电容的连续变化。
4.根据权利要求3所述的集成电路封装体，其中所述多个传感器元件布置成实现线性滑块和滚轮中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的集成电路封装体，其中所述控制器被配置为将发射信号施加到所述多个传感器元件中的传感器元件的第一子集，并且接收来自所述多个传感器元件的第二子集的接收信号。
6.根据权利要求5所述的集成电路封装体，其中所述控制器被配置为使用所述接收信号确定导电物体的位置。
7.根据权利要求1所述的集成电路封装体，其中所述控制器被配置为从所述第二传感器元件接收另外的接收信号，其中所述另外的接收信号表示所述第二传感器元件的自电容，其中所述控制器被配置为使用所述接收信号和所述另外的接收信号来检测导电物体的存在。
8.根据权利要求1所述的集成电路封装体，还包括耦接到所述控制器的输出接脚，所述输出接脚被配置为传送基于所述互电容并且与导电物体相关联的信号。
9.根据权利要求1所述的集成电路封装体，还包括覆盖所述多个传感器元件的顶层。
10.根据权利要求1所述的集成电路封装体，其中所述控制器形成在安装于传感器元件下面的裸片上。
11.根据权利要求1所述的集成电路封装体，还包括引线框，所述引线框耦接到所述控制器并被配置为固定所述多个传感器元件的基板。
12.一种用于感测互电容的系统，包括：
装置，其包括用户接口电路；以及
电路封装体，其耦接到所述用户接口电路，所述电路封装体包括：
多个传感器元件，其位于所述电路封装体内；
接地垫片，其贴附在所述电路封装体内；以及
逻辑电路，其位于所述电路封装体内并耦接到所述多个传感器元件，其中所述逻辑电路被配置为将发射信号施加到所述多个传感器元件中的第一传感器元件并接收来自所述多个传感器元件中的第二传感器元件的接收信号，所述接收信号表示所述第一传感器元件和所述第二传感器元件的互电容。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述逻辑电路被配置为检测所述多个传感器元件的互电容的连续变化。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述多个传感器元件被布置成实现线性滑块和滚轮中的至少一个。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述电路封装体被配置为代替所述接口电路的接口部件。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述电路封装体还包括耦接到所述逻辑电路的输出接脚，所述输出接脚被配置为传送基于所述互电容并且与靠近所述第一传感器元件和第二传感器元件的导电物体相关联的信号。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述电路封装体还包括引线框，所述引线框耦接到所述逻辑电路并被配置为固定所述多个传感器元件的基板。
18.一种用于感测互电容的方法，包括：
从集成电路封装体内将发射信号施加到布置在所述集成电路封装体内的多个传感器元件中的第一传感器元件；以及
在集成电路封装体内，接收来自所述多个传感器元件中的第二传感器元件的接收信号，其中所述接收信号表示所述第一传感器元件和所述第二传感器元件的互电容，
其中，接地垫片贴附在所述集成电路封装体内。
19.根据权利要求18所述的方法，包括使用所述接收信号来实现按钮功能。
20.根据权利要求18所述的方法，包括：
从所述集成电路封装体内将至少一个另外的发射信号施加到所述第一传感器元件和第三传感器元件中的一个；
在所述集成电路封装体内从所述第二传感器元件和第四传感器元件中的一个接收至少一个另外的接收信号；以及
使用所述接收信号和所述另外的接收信号实现滑块功能和滚动功能之一。
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