CN108376032A - 使用小键盘电极串扰的电容性触摸感测单元计算功率降低 - Google Patents

使用小键盘电极串扰的电容性触摸感测单元计算功率降低 Download PDF

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Abstract

提供一种触敏式电容性小键盘系统(300)，其具有安置在多个电极(E0到E9)的感测接近范围内和形成于具有限定按键区域的小键盘触控面板下方的小键盘感测电极(304)，其中所述电极分别与所述限定按键区域对齐以促进利用控制器(310)在所述小键盘触控面板处的触摸检测，所述控制器(310)被配置成通过在循序扫描所述多个电容性按键电极之前检测在所述小键盘感测电极(304)处的预定信号特性来确定所述多个限定按键区域中的哪一个被触摸，以识别哪个电容性按键电极与被触摸的限定按键区域对齐。

Description

使用小键盘电极串扰的电容性触摸感测单元计算功率降低
技术领域
本发明大体上是有关于电容性传感器装置的领域。一方面，本发明涉及触摸按钮小键盘拓扑及用于确定具有电容性触摸按钮小键盘的触摸按钮小键盘上的物体的位置的小键盘感测方法、设备和系统。
背景技术
电容性传感器装置越来越用于在多种电子装置(例如蜂窝电话、家用电器、工业设备、MP3播放器、个人数字助理(PDA)、平板电脑和其它类似便携式电子装置)和汽车应用(例如汽车方向盘控制按钮、HVAC控制面板、顶置控制台等)中捕获用户输入。这种电容性传感器装置的例子包括触摸按钮小键盘，其使用电容性小键盘或按钮来感测用户触摸输入，以提供用于一个或多个应用的数据输入。触摸按钮小键盘具有优于常规输入小键盘的优点，是因为其没有制造成本可能昂贵和可能磨损或破裂的复杂机械零件，以及因为其可以完全密封到可能减少接触或进入产品内部而引起故障的外部环境条件。为了捕获用户输入，触摸按钮小键盘通常采用电容性小键盘，其中各个小键盘被配置成充当与第二“板”相互作用的电容器板的电极，所述第二“板”由人类触摸或其它输入装置形成以测量接触电压，所述接触电压通过模/数转换器(ADC)转换成数字形式，从而使得能够检测由于通过对触控面板的触摸而产生的电容耦合引起的信号的改变。在操作中，因为触摸电容性地与电极耦合，所以施加到触摸面板下方的电极的电场在检测到的触摸附近改变或变更。检测到场的改变并且被用来确定触摸位置。就触摸面板设计来说，存在大量与常规方法相关联的缺点，尤其是与计算要求以及与和精确监测及感测多个不同小键盘电极相关联的功率消耗有关的缺点。如从前文所见，现有的电容性触摸按钮小键盘解决方案在实际水平下极其难解的，是因为难以精确和有效捕获小键盘输入(尤其是在小键盘采用需要提高计算支持和功率消耗的多个电容器电极的情况下)，同时由于与电容器电极的制造和测量相关联的工艺变化而引起测量不精确性。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种电容性小键盘感测设备，包括：
小键盘触控面板，所述小键盘触控面板包括多个限定按键区域；
排列在所述小键盘触控面板下方的多个电容性按键电极和小键盘感测电极，其中所述多个电容性按键电极分别与所述多个限定按键区域对齐，并且其中所述小键盘感测电极安置在所述多个电容性按键电极的感测接近范围内以促进在所述小键盘触控面板处的触摸检测；以及
控制器，所述控制器被配置成通过在循序扫描所述多个电容性按键电极之前检测在所述小键盘感测电极处的预定信号特性来确定所述多个限定按键区域中的哪一个被触摸，以识别哪个电容性按键电极与被触摸的限定按键区域对齐。
在一个或多个实施例中，所述多个电容性电极和小键盘感测电极在衬底上方形成于单个导电层中，其中所述小键盘感测电极围绕所述多个电容性电极。
在一个或多个实施例中，所述多个电容性电极和小键盘感测电极以分开的导电层形成在衬底中，使得所述小键盘感测电极位于所述多个电容性电极下方。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成在多个周期性扫描循环中的每一个周期性扫描循环处通过用第一感测循环测量所述小键盘感测电极来检测所述小键盘感测电极处的所述预定信号特性，以检测所述多个限定按键区域中的任一个限定按键区域何时被触摸。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成在所述多个周期性扫描循环中的每一个周期性扫描循环处从来自所述多个电容性电极中的不同电容性电极测量基线参考电压。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成循序扫描所述多个电容性按键电极，以通过比较从每个电容性按键电极测量的电压与针对所述电容性按键电极测量的所述基线参考电压来识别哪个电容性按键电极与所述被触摸的限定按键区域对齐。
根据本发明的第二方面，提供一种电子装置，包括：
小键盘，所述小键盘包括：
小键盘触控面板，所述小键盘触控面板包括具有限定多个按键区域的触摸表面的介电层，及
邻近所述小键盘触控面板定位的多个按键电极和全局感测电极，其中所述多个按键电极分别与所述多个按键区域对齐，并且其中所述全局感测电极安置在所述多个按键电极的感测接近范围内以检测所述小键盘触控面板何时被电容性地激活；以及
控制器，所述控制器被配置成当所述全局感测电极检测到所述小键盘触控面板未被电容性地激活时在休眠模式下操作所述小键盘，并且当所述全局感测电极检测到所述小键盘触控面板被电容性地激活时在小键盘扫描模式下操作所述小键盘。
在一个或多个实施例中，所述控制器包括电容性触摸感测微控制器，所述电容性触摸感测微控制器具有分别连接到所述多个按键电极和所述全局感测电极的多个连接输入信号线。
在一个或多个实施例中，每个按键电极是与相应对齐的按键区域大致相同的区域。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成通过检测所述全局感测电极何时具有由与所述多个按键电极的串扰所导致的第一预定信号特性来检测所述小键盘触控面板何时被电容性地激活，所述串扰在外部物体进入所述小键盘触控面板的所述触摸表面的接近感测距离内时发生。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成通过对所述全局感测电极处的电压周期性地取样以检测与所述多个按键电极的串扰来检测所述小键盘触控面板何时被电容性地激活。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成在所述小键盘扫描模式下操作所述小键盘，以通过检测哪个按键电极具有第二预定信号特性来确定所述多个按键电极中的哪一个被电容性地激活，所述第二预定信号特性是通过感测外部物体与所述按键电极上方的按键区域中的所述小键盘触控面板的所述触摸表面的接近范围而引起的。
在一个或多个实施例中，所述多个按键电极和所述全局感测电极形成于单个导电层中。
在一个或多个实施例中，所述多个按键电极形成于第一导电层中，并且其中所述全局感测电极形成于第二不同导电层中。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成通过以下方式在所述休眠模式下操作所述小键盘：在每个周期性扫描循环期间周期性地扫描(1)所述全局感测电极以检测所述小键盘触控面板何时被电容性地激活，和仅周期性地扫描(2)选自所述多个按键电极的按键电极以在每个周期性扫描循环处从所述所选按键电极测量基线参考电压。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成基于从每个按键电极测量的所述基线参考电压来调节随时间变化的小键盘传感器性能。
在一个或多个实施例中，所述控制器被配置成通过循序扫描所述多个按键电极以识别哪个按键电极被电容性地激活而在所述小键盘扫描模式下操作所述小键盘。
根据本发明的第三方面，提供一种用于感测物体与小键盘的接近范围的方法，包括：
在低功率模式下，通过周期性地扫描安置在所述小键盘中的多个电容性按键电极周围或下方的小键盘感测电极以在所述物体电容性地激活所述小键盘时检测所述小键盘感测电极与所述多个电容性按键电极之间的串扰来操作所述小键盘；以及
在小键盘扫描模式下，通过循序扫描所述多个电容性按键电极以仅在检测到所述小键盘感测电极与所述多个电容性按键电极之间的串扰之后识别哪个电容性按键电极被所述物体电容性地激活来操作所述小键盘。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括当循序扫描所述多个电容性按键电极而检测到所述电容性地激活的电容性按键电极不再被所述物体电容性地激活时，将所述小键盘的操作恢复到所述低功率模式。
在一个或多个实施例中，在所述低功率模式下操作所述小键盘包括在用于所述低功率模式的周期性扫描循环期间周期性地扫描所述小键盘感测电极和选自所述多个按键电极的单个电容性按键电极，以在每个周期性扫描循环从所述所选的单个电容性按键电极中测量基线参考电压。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
当结合以下图式考虑优选实施例的以下详细描述时，可以理解本发明及其获得的众多目标、特征和优势。
图1描绘根据本公开的所选实施例的电容性触控感测小键盘系统的简化示意性框图。
图2描绘常规电容性触摸按钮小键盘系统的简化框图，在所述常规电容性触摸按钮小键盘系统中，以周期性按键电极扫描(KES)间隔循序扫描按键电极。
图3A描绘根据本公开的所选实施例的采用全局感测电极的电容性触摸按钮小键盘系统的简化框图。
图3B描绘图3A中示出的触摸按钮小键盘和全局感测电极的简化横截面图。
图4描绘根据本公开的所选实施例的用于采用全局感测电极的电容性触摸按钮小键盘的低功率扫描模式和小键盘扫描模式的简化时序图。
图5A到图5B(在本文中被称为图5)以图形方式描绘根据本公开的所选实施例的用于触控面板感测电极的输出响应曲线，来示出全局感测电极如何检测与被激活小键盘按键的串扰而启动对小键盘按键的循序扫描。
图6示出根据本公开的所选实施例的示出用于在低功率模式与小键盘电极扫描模式之间切换的逻辑的简化流程图。
具体实施方式
描述了用于通过使用全局感测电极提供具有改进性能的电容性小键盘的设备、系统和方法，所述全局感测电极周期性地受到扫描以检测小键盘电极触摸事件，从而启动对小键盘电极的循序扫描来定位被触摸的特定电极。在所选实施例中，全局感测电极被部署在能够检测全局感测电极与小键盘电极之间的串扰的布置中的电容性小键盘电极周围及/或下方。在全局感测电极的周期性扫描期间，通过在每个周期性扫描间隔消除对扫描所有小键盘电极的需要，而仅在用全局感测电极的测量值检测到小键盘电极触摸事件时才启动对小键盘电极的循序扫描来减少功率消耗和计算需求。除了提供第一小键盘电极感测循环以用于全局感测电极的周期性扫描以外，本公开的所选实施例可采用额外的小键盘电极感测循环，以在各个周期性扫描循环从不同小键盘电极收集基线参考电压测量值。例如，在第一扫描循环中，可分别使用第一感测循环和第二感测循环来扫描全局感测电极和第一小键盘电极(例如E0)，其中第一感测循环测量该全局感测电极以检测小键盘电极触摸事件，并且其中第二感测循环测量第一小键盘电极的基线参考电压VCAPE0。继续这个例子，可采用第二后续扫描循环来分别使用第一感测循环和第二感测循环扫描全局感测电极和第二小键盘电极(例如E1)，其中第一感测循环测量该全局感测电极以检测小键盘电极触摸事件，并且其中第二感测循环测量第二小键盘电极的基线参考电压VCAPE1。通过重复扫描循环以循序步进穿过每一个小键盘电极，可采集基线参考电压用于精确地检测小键盘触摸事件，从而避免由电极形成和/或环境条件中的过程变化引出的问题。这种模式可以继续直到检测到小键盘电极触摸事件，此时启动小键盘扫描模式以周期性地扫描所有小键盘电极(例如以周期性扫描间隔扫描)，以检测哪个小键盘电极被触摸，并且然后继续扫描所有小键盘电极直到检测到释放小键盘电极，此时所述方法回复到低功率或休眠模式，其中仅扫描电极的子集(至少包括全局扫描电极)。
为了提供对本公开的所选实施例的上下文理解，现在参考图1，其示出根据本公开的所选实施例的电容性触控感测小键盘系统100的简化示意性框图。虽然小键盘系统100可以实施在多种汽车应用(例如HVAC或无线电控制面板、顶置控制台或类似物)中的任一种中，但电容性触控感测小键盘系统100表示各种各样的电子装置，例如移动通信装置、家用电器、销售点、使用触控面板和触屏的医学和工业应用，包括但不限于便携式媒体装置、MP3播放器、移动电话、消息传送装置、个人数字助理(PDA)、并入有通信调制解调器的笔记型计算机或膝上型计算机、移动数据终端、专用游戏装置、并入有无线调制解调器的视频游戏装置，或使用电容性传感器、接近传感器或电场传感器的具有基于键盘的输入的任何其它类型的电子装置。
如所描绘，装置100包括用于装配显示屏112、一个或多个控制按钮113(例如，菜单或光标按钮或旋钮)和多个触敏式小键盘120到123的显示器壳体110，操作功能性由内部软件模块和硬件电路130控制。所描绘的触敏式小键盘120到123包括第一多个电容性按键电极A1到A4 120、第二多个电容性按键电极B1到B4 121，和第三多个电容性按键电极E0到E9122，其被示出为布置在显示屏112的不同侧面上，所述显示屏112也可包括在显示屏112上按行布置的多个指定的屏幕电容性按键电极C0到C6、D0到D7 123。如将了解，电容性按键电极120到123中的每一个可按任何所需的配置(例如线性阵列、数字小键盘、QWERTY小键盘)布置，和/或可包括比所示出的更少或更多的按键。无论怎样布置，触敏式电容性按键电极120到123中的每一个被电耦合以将用户输入提供到内部电路/模块130，所述内部电路/模块130包括控制器或处理器131、收发器132、存储器133和模块134。控制器131被配置成从触敏式电容性按键电极120到123中的每一个接收用户输入来制定或执行装置的特定功能。
模块134可包括用于将用户输入接收到电子装置的小键盘的小键盘输入接收模块141，及用于多路复用和解码从电容性按键电极120到123中的每一个检测到的输出的小键盘解码模块142，以及用于根据到电容性按键电极120到123的用户输入执行电子装置100的小键盘输入模式的功能的小键盘功能执行模块143。模块134和其它模块可执行如本文中所描述的方法的某些过程，并且可以例如以预先存储的指令的一个或多个集合的形式在软体中执行和/或在硬件中执行，这可促进如下文所论述的移动站或电子装置的操作。模块134可安装在工厂或可在通过例如下载操作进行分布之后安装。下文将更详细地论述根据模块的操作。
现参考图2，示出常规电容性触摸按钮小键盘系统200的简化框图，其中按键电极E0到E9由按周期性按键电极扫描(KES)间隔循序扫描所有触控电极E0到E9的电容性触控感测单元(CTSU)210感测，以检测任何电极触摸或释放事件。具体地说，CTSU 210被配置成使用以周期性扫描间隔TKEs 203重复的小键盘电极感测(KES)循环201、202扫描所有10个小键盘电极(从E0到E9)。在每个KES循环(例如循环201)中，CTSU 210使用一系列连续的电极感测循环(例如循环204)来扫描所有触控电极，所述电极感测循环各需要一段时间TES。为了确定触摸或释放哪个按键电极，小键盘电极感测过程要求在以周期性扫描间隔TKES 203重复的持续时间为10×TES的小键盘电极感测(KES)循环201、202内感测所有10个电极E0到E9。利用这种电极扫描布置可见，CTSU 210在每个KES循环整体上投入计算资源并耗费功率来检测触摸和释放事件，即使当按键电极处没有活动时也如此。
为解决与常规电容性触摸按钮小键盘系统相关联的性能缺点，全局感测电极可布置和定位在电容性按键电极的小键盘阵列的感测接近范围内，以便促进更高效的触摸/释放检测布置，其中只在全局感测电极感测到电极触摸事件之后启动对小键盘阵列的循序扫描。在图3A到图3B中描绘示例性布置，图3A到图3B描绘电容性触摸按钮小键盘系统300的简化框图和横截面图，其中全局感测电极304被部署作为触摸按钮小键盘301的一部分，以围绕布置成10键数字小键盘的多个电容性按键电极E0到E9，但可使用额外的或较少的按键并以任何适合的配置加以布置。在所选实施例中，全局感测电极304被设置为可围绕小键盘电极E0到E9的额外电极，但全局感测电极304可定位在小键盘电极E0到E9下方或适用于检测按键电极E0到E9处的触摸或释放事件的任何其它物理上接近的位置。如此定位使得电容性触摸感测单元(CTSU)310可跨越全局感测电极304连接，以每当人类接触或其它输入装置与小键盘电极E0到E9近距离接触时通过检测关于小键盘电极E0到E9的电容性改变来测量串扰。具体地说并且如图3B中示出的触摸按钮小键盘301的简化横截面图所示出，与小键盘触控面板介电层303近距离接触或实际接触的人类接触或其它输入装置充当上部“电极”302以电容性地致动305下部小键盘电极中的一个(例如E9)以及一个或多个周围电极(例如E3、E4、E8和EGS)，从而产生与全局感测电极304的串扰，所述串扰可由CTSU 310检测以表示触摸或释放事件。具体地说，串扰由手指302与EGS电极304之间的电容性地致动耦合305A导致，并且还由激活电极(例如E9)与EGS电极304之间的电极耦合305B导致。
在增添了全局感测电极304的情况下，CTSU 310可被配置成通过测量全局感测电极304处出现的串扰而有效地检测触摸按钮小键盘301处的触摸或释放事件，此时CTSU可启动用于以周期性扫描间隔TKES时循序扫描按键电极E0到E9中的每一个的序列。例如并且如参考图4所示出，第一时序图401将全局感测电极描绘为使用具有感测持续时间TEs的第一感测循环EGS 410而受到周期性感测。只要小键盘电极未被触摸，电容性触摸按钮小键盘系统即处于低功率或休眠模式，使得可使用以周期性扫描间隔TKES应用的第一感测循环EGS来持续监测全局感测电极。
除了对全局感测电极进行周期性监测以外，CTSU 310可被配置成通过使用在每个周期性小键盘电极扫描循环处的第二额外感测循环411而从不同的小键盘电极有效采集基线参考电压测量值。在图4中，第一时序图401将额外感测循环En 411描绘为与全局感测电极感测循环EGS配对且具有相同感测持续时间TEs，使得CTSU可被配置成扫描全局感测电极(用于小键盘触摸/释放事件)和单个小键盘电极En(用于采集基线参考电压测量值)，其中“n”是从0到9变化的每个KES循环。所带来的对2个电极EGS和En的小键盘电极感测花费一段时间2×TEs，并且所述小键盘电极感测被用来连续增加所感测的小键盘电极直到采集到整个小键盘的基线参考电压测量值为止。通过采集随时间变化的基线参考电压测量值，可以通过使用基线参考电压测量值根据环境不断地调节小键盘传感器性能以按外部状况自动校准。因此，小键盘传感器的性能不太会受到可能损害或防碍其它装置的校正功能的状况的影响。
一旦CTSU 310通过检测全局感测电极304处的电容变化而检测到小键盘触摸事件，则CTSU 310启动一系列感测循环来循序测量按键电极E0到E9中的每一个。在图4中，这种情况通过描绘小键盘扫描模式的第二时序图402示出，所述小键盘扫描模式通过应用感测循环E0到E9来检测哪个特定小键盘电极被触摸而检测到电极被触摸。在小键盘扫描模式中，以周期性扫描间隔TKES重复感测循环E0到E9直到检测到释放事件时，那时CTSU 310回复到低功率或休眠模式。
如将了解，本公开的所选实施例可有利地用于通常不使用或不触摸输入小键盘的系统中。例如，存在因为汽车驾驶员花费大部分时间专注于驾驶车辆而不使用输入小键盘的多种汽车应用(例如汽车方向盘控制按钮、HVAC和/或无线电控制面板、顶置控制台等)。当然，存在很少使用小键盘来控制系统的其它应用(例如洗衣机、微波炉等)。在这些未使用的较长间隔期间，与常规电容性触摸按钮小键盘系统相比，使用全局感测电极来启动小键盘扫描模式的电容性触摸按钮小键盘系统可减少功率消耗和计算资源的使用达到5到10倍，这取决于被扫描和/或被测量以获得基线参考电压测量值的小键盘电极的数量。
为示出全局电容性触摸感测电极可如何用于检测与激活小键盘按键的串扰并启动对具有较少计算资源和功率消耗减少的小键盘按键电极的循序扫描，现在参考图5，其以图形方式描绘其中小键盘按键(例如E2)被触摸的示例性时序序列的输出时序波形。在第一次示出的时序波形510中，应了解，所描绘的波形缩放受到调节，目的是示出所述操作。具体地说，示出多个扫描循环511到515，其取决于小键盘键是否已被触摸而以预定循环速率(例如每隔20毫秒)应用。直到第一次检测到小键盘触摸时，扫描循环511到514可包括EGS感测循环来周期性地扫描全局电容性触摸感测电极，其中每个EGS感测循环具有所设置的持续时间(例如10微秒)。如波形520中所描绘，扫描循环511到514中的EGS感测循环中的每一个EGS感测循环产生对应的电极取样事件521到524，用于对全局触摸感测电极(VCAPEGS)处的电容性电压520进行取样。但是，一旦检测到小键盘触摸事件，则扫描循环(例如扫描循环514、515)可中止EGS感测循环，并改为启动用多个额外感测循环(例如E0到E9)对小键盘按键电极进行循序扫描，以对每个小键盘按键(例如按键532、542、552、562、572)处的电容性电极电压进行循序取样。
当在小键盘处未检测到触摸(“无触摸”)时，时序波形510中的每个EGS感测循环可伴随有额外的感测循环(En)，所述额外的感测循环(En)是以相同循环速率应用，以循序步进穿过小键盘电极，目的是捕获基线电压值。当第一次检测到小键盘触摸时，还可应用额外的发送循环以及第一EGS感测循环。在时序波形510中，额外感测循环(En)单独示出为E0、E1和E2，或与感测循环514的第一个E3感测循环组合示出。如波形530、540和550中所描绘，这些额外感测循环(En)分别产生电极取样事件531、541、551、561，用于对第一小键盘电极(VCAPE0)、第二小键盘电极(VCAPE1)和第三小键盘电极(VCAPE2)处的电容性电压进行取样。尽管未示出，但应了解，可继续循序步进穿过小键盘电极的过程直到检测到小键盘触摸事件时。但是，在“无触摸”模式期间，感测循环在每个周期性扫描事件中消耗计算资源和功率供应的一小部分(例如20微秒)，从而提供对于测试各个按键电极的触摸事件的常规小键盘感测方案的显著性能改进，即使处于低功率或休眠模式时。
一旦一个小键盘按键被电容性地激活或“触摸”504，则可在时序波形510中的EGS感测循环期间感测“被触摸的”小键盘按键与全局电容性触摸感测电极之间的串扰。例如，图5以图形方式示出，当用户的手指502与小键盘按键(例如电极E2)电容性接触时504，这在检测到扫描循环514触发EGS电极取样事件524检测全局触摸感测电极(VCAPEGS)处的电容性电压520发生改变(例如减小)时被检测到。此时，“被触摸”电极(E2)处的电容性电压550也减小，但是无法从全局电容性触摸感测电极测量值524中确定被触摸小键盘按键的特定位置。为了定位被触摸的特定按键，控制器调节小键盘扫描，使得时序波形510中的扫描循环514、515各包括多个额外感测循环(例如E0到E9)，所述多个额外感测循环应用于循序扫描所有小键盘按键电极以识别哪个小键盘按键被电容性地触摸。如波形530、540、550、560、570中所描绘，所述多个额外感测循环(E0到E9)分别产生电极取样事件532、542、552、562、572，用于对第一小键盘电极(VCAPE0)、第二小键盘电极(VCAPE1)、第三小键盘电极(VCAPE2)、第四小键盘电极(VCAPE3)处的电容性电压进行取样，并且继续直到最后一个小键盘电极(例如VCAPE9)，以便定位被电容性地触摸的特定小键盘按键。感测循环E0到E9的这种周期性序列可以相同预定循环速率(例如每隔20毫秒)或更频繁(例如少于每隔20毫秒)重复以产生额外电极取样事件533、543、553、563等，直到电极(例如，E2)被释放时，那时，用于对在对应小键盘电极(VCAPE2)处的电容性电压进行取样的电极取样事件变化(例如增加)以指示所述按键已被释放。
为了提供其它细节以改进对本公开的所选实施例的理解，现在参考图6，其描绘根据本公开的所选实施例的示出用于在低功率模式与小键盘电极扫描模式之间切换的逻辑的简化流程图600。在示例性实施例中，图6中示出的控制逻辑和方法可被实施为主机计算系统上的硬件和/或软件、处理器或微控制器单元，所述微控制器单元包括处理器和用于存储编程控制代码的存储器，以用于执行本文中所描述的电容性触摸感测单元功能性。
在开始(步骤601)之后，所述过程进入低功率或休眠模式(步骤602)，其中检查全局扫描电极以检测小键盘电极中的任一个小键盘电极是否已被触摸。在所选实施例中，低功率模式通过利用感测循环周期性地监测全局扫描电极与小键盘电极之间的串扰的电压度量来检查全局扫描电极，所述感测循环被周期性地应用以测量全局扫描电极处的电压。在其它实施例中，全局扫描电极感测循环可伴随有额外感测循环，所述额外感测循环被周期性地应用以在每个周期性扫描循环处从不同的小键盘电极采集基线参考电压测量值。用这种方式，可在多个周期性扫描间隔上采集基线参考电压测量值用于评估每个小键盘电极处是否已发生触摸事件。
基于在全局扫描电极处测量的电压，(在步骤603处)可检测到小键盘触摸事件。例如，如果全局扫描电极的电压没有改变(或改变并未超出指定阈值)，则未检测到小键盘触摸(检测步骤603的否定结果)，并且所述过程保持处于低功率模式。但是，如果电极被触摸，则会改变所测量系统的电容，并且因此改变全局扫描电极处的电压测量值，指示检测到触摸事件(检测步骤603的肯定结果)。
由于在步骤603处使用全局扫描电极检测到触摸事件并未指定哪个小键盘电极被触摸，所以所述过程继续进行而进入小键盘扫描模式(步骤604)，其中扫描小键盘电极中的每一个小键盘电极以定位被激活或被触摸的小键盘电极。例如，在步骤604处的小键盘扫描处理可周期性地扫描所有小键盘电极(例如，以周期性扫描间隔扫描)，以检测哪个小键盘电极被触摸。如电极释放检测步骤(步骤605)所指示，可继续扫描所有小键盘电极(检测步骤605的否定结果)直到检测到小键盘电极被释放(检测步骤605的肯定结果)，那时，所述方法回复到低功率或休眠模式(步骤602)，其中仅扫描电极的子集(至少包括全局扫描电极)。
到目前为止应了解，已提供用于检测小键盘触摸事件的电容性小键盘感测设备、方法、程序代码和系统。在所公开的实施例中，提供具有多个限定的按键区域的小键盘触控面板。在小键盘触控面板下，排列多个电容性按键电极和小键盘感测电极，使得电容性按键电极分别与限定的按键区域对齐，并且使得小键盘感测电极安置在电容性按键电极的感测接近范围内以促进小键盘触控面板处的触摸检测。在所选实施例中，电容性电极和小键盘感测电极在衬底上方形成于单个导电层中，其中所述小键盘感测电极围绕所述电容性电极，而在其它实施例中，电容性电极和小键盘感测电极以分开的导电层形成在衬底中，使得所述小键盘感测电极位于多个电容性电极下方。为实现小键盘触摸事件检测，控制器可被配置成通过在依序扫描多个电容性按键电极之前检测小键盘感测电极处的预定信号特性来确定所述多个限定按键区域中的哪一个被触摸，以识别哪个电容性按键电极与被触摸的限定按键区域对齐。在所选实施例中，控制器可被配置成在多个周期性扫描循环中的每一个周期性扫描循环处通过用第一感测循环测量小键盘感测电极来检测小键盘感测电极处的预定信号特性，以检测多个限定按键区域中的任一个限定按键区域何时被触摸。此外，控制器还可被配置成从在所述多个周期性扫描循环中的每一个周期性扫描循环处测量来自多个电容性电极中的不同电容性电极的基线参考电压。为这个目的，控制器可被配置成循序扫描所述多个电容性按键电极以通过比较从每个电容性按键电极测量的电压与针对所述电容性按键电极测量的基线参考电压来识别哪个电容性按键电极与被触摸的限定按键区域对齐。
在另一种形式中，提供一种具有小键盘和控制器的电子装置，所述小键盘和控制器被连接和操作以检测小键盘触摸事件。如所公开，小键盘包括具有介电层的小键盘触控面板，所述小键盘触控面板具有限定多个按键区域的触摸表面。所述小键盘还包括多个按键电极和邻近小键盘触控面板定位的全局感测电极，其中每个按键电极是与相应地对齐的按键区域大致相同的区域并且分别与所述多个按键区域对齐，并且其中全局感测电极安置在所述多个按键电极的感测接近范围内以检测小键盘触控面板何时被电容性地激活。在所选实施例中，所述多个按键电极和全局感测电极形成于单个导电层中，而在其它实施例中，所述多个按键电极形成于第一导电层中，且全局感测电极形成于第二不同导电层中。所公开的控制器可被配置成当全局感测电极检测到小键盘触控面板未被电容性地激活时在休眠模式下操作小键盘，并且当全局感测电极检测到小键盘触控面板被电容性地激活时在小键盘扫描模式下操作小键盘。在所选实施例中，控制器可与具有分别连接到所述多个按键电极和全局感测电极的多个连接输入信号线的电容性触摸感测微控制器一起执行。在休眠模式下，控制器可被配置成通过检测全局感测电极何时具有由与所述多个按键电极的串扰所导致的第一预定信号特性来检测小键盘触控面板何时被电容性地激活，所述串扰在外部物体进入小键盘触控面板的触摸表面的接近感测距离内时发生。例如，控制器可被配置成通过对全局感测电极处的电压周期性地取样以检测与所述多个按键电极的串扰来检测小键盘触控面板何时被电容性地激活。在所选实施例中，控制器可被配置成通过以下方式在休眠模式下操作小键盘：在每个周期性扫描循环期间周期性地扫描(1)全局感测电极以检测小键盘触控面板何时被电容性地激活，和仅周期性地扫描(2)选自多个按键电极的按键电极以在每个周期性扫描循环处从所选按键电极测量基线参考电压。在这些实施例中，控制器可被配置成基于从每个按键电极测量的基线参考电压调节随时间变化的小键盘传感器性能。在小键盘扫描模式下，控制器可被配置成循序扫描多个按键电极以通过检测哪个按键具有第二预定信号特性来确定哪个按键被电容性地激活，所述第二预定信号特性是通过感测外部物体与所述按键电极上方的按键区域中的小键盘触控面板的触摸表面的接近范围而引起的。
在另一形式中，公开一种用于感测物体与小键盘的接近范围的方法。在所公开的方法中，小键盘在低功率模式和小键盘扫描模式下操作。在低功率模式下，通过周期性地扫描安置在小键盘中的多个电容性按键电极周围或下方的小键盘感测电极以在物体电容性地激活小键盘时检测小键盘感测电极与多个电容性按键电极之间的串扰来操作小键盘。在所选实施例中，低功率模式可包括在用于低功率模式的周期性扫描循环期间周期性地扫描小键盘感测电极和选自多个按键电极的单个电容性按键电极，以在每个周期性扫描循环处从所选的单个电容性按键电极中测量基线参考电压。在小键盘扫描模式下，通过循序扫描多个电容性按键电极以仅在检测到小键盘感测电极与多个电容性按键电极之间的串扰之后识别哪个电容性按键电极被物体电容性地激活来操作小键盘。最后，当循序扫描多个电容性按键电极而检测到电容性地激活的电容性按键电极不再被物体电容性地激活时，小键盘操作可恢复到低功率模式。
尽管参考用于汽车应用的各种实施细节来描述本文中所公开的用于增强型电容性小键盘设计的所描述的示范性实施例，但本发明不一定限于本文中所示出的示例性实施例。例如，可在使用触控面板、具有触摸屏的销售点、便携式电子设备(例如，蜂窝电话或MP3播放器)、医学设备和使用触控面板或小键盘触屏的几乎任何装置的工业设备或家用电器中实施各种实施例。可使用多种不同电极形状和几何结构来实施用于增强如本文中所示出和描述的电容性小键盘的设计的方法和系统，其限制条件是一组小键盘电极共享单个逻辑电极，以提供对功率消耗和/或功率计算需求减少的任何小键盘触摸事件的串扰测量。电极形状和布局的增强型设计还通过提供高效技术来节约成本，所述高效技术可实施于具有相对厚的介电质并使用仅一个电场或接近传感器的触屏、触控面板或电容性薄膜中，实施于单个导体层中而不会减少灵敏度。此外，增强型设计通过积累随时间变化的基线参考电压测量值允许精确的电极触摸检测，所述检测将变化的操作条件和过程变化纳入考虑。因此，上文所公开的特定实施例仅为说明性的并且不应被视为对本发明的限制，因为本发明可以对于受益于本文中的教导的本领域技术人员来说显而易见的不同但等效的方式来修改和实践。因此，前述描述并不意图将本发明限制于所阐述的特定形式，但相反，其意图涵盖如可以包括于如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的此类替代方案、修改和等效物，使得本领域的技术人员应理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，其可以其最广泛形式作出各种改变、替代和变化。
已经参考附图详细地描述本发明的各种说明性实施例。虽然在前述描述中阐述了各种细节，但是应了解，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明，并且可以对本文中所描述的本发明作出众多特定于实施方案的决策以实现电路设计者的具体目标，例如符合与工艺技术或设计相关的约束，其将会因不同的实施方案而不同。虽然此类研发的工作可能是复杂且耗时的，但其对于受益于本公开的本领域的普通技术人员来说不过是例行的任务。例如，以框图形式而非详细地示出所选的方面，以便避免限制或混淆本发明。另外，本文中提供的详细描述的一些部分根据计算机存储器内的数据的算法或运算而予以呈现。此类描述和表示由本领域的技术人员使用以描述和传达其工作的本质给本领域的其它技术人员。
上文已关于具体实施例描述了益处、其它优点和对问题的解决方案。然而，可致使任何益处、优点或解决方案发生或者变得更显著的益处、优点、对问题的解决方案和任何元件，均不得被理解为任何权利要求或所有权利要求的关键的、所要求的或者必需的特征或元件。如本文所使用，术语“包括”或其任何其它变化意图涵盖非排他性的包括，使得包括一系列元件的过程、方法、制品或设备不仅包括那些元件，而是可以包括并未明确地列出或并非此类过程、方法、制品或设备固有的其它元件。

Claims (10)

1.一种电容性小键盘感测设备，其特征在于，包括：
小键盘触控面板，所述小键盘触控面板包括多个限定按键区域；
排列在所述小键盘触控面板下方的多个电容性按键电极和小键盘感测电极，其中所述多个电容性按键电极分别与所述多个限定按键区域对齐，并且其中所述小键盘感测电极安置在所述多个电容性按键电极的感测接近范围内以促进在所述小键盘触控面板处的触摸检测；以及
控制器，所述控制器被配置成通过在循序扫描所述多个电容性按键电极之前检测在所述小键盘感测电极处的预定信号特性来确定所述多个限定按键区域中的哪一个被触摸，以识别哪个电容性按键电极与被触摸的限定按键区域对齐。
2.根据权利要求1所述的电容性小键盘感测设备，其特征在于，所述多个电容性电极和小键盘感测电极在衬底上方形成于单个导电层中，其中所述小键盘感测电极围绕所述多个电容性电极。
3.根据权利要求1所述的电容性小键盘感测设备，其特征在于，所述多个电容性电极和小键盘感测电极以分开的导电层形成在衬底中，使得所述小键盘感测电极位于所述多个电容性电极下方。
4.根据权利要求1所述的电容性小键盘感测设备，其特征在于，所述控制器被配置成在多个周期性扫描循环中的每一个周期性扫描循环处通过用第一感测循环测量所述小键盘感测电极来检测所述小键盘感测电极处的所述预定信号特性，以检测所述多个限定按键区域中的任一个限定按键区域何时被触摸。
5.根据权利要求4所述的电容性小键盘感测设备，其特征在于，所述控制器被配置成在所述多个周期性扫描循环中的每一个周期性扫描循环处从来自所述多个电容性电极中的不同电容性电极测量基线参考电压。
6.根据权利要求5所述的电容性小键盘感测设备，其特征在于，所述控制器被配置成循序扫描所述多个电容性按键电极，以通过比较从每个电容性按键电极测量的电压与针对所述电容性按键电极测量的所述基线参考电压来识别哪个电容性按键电极与所述被触摸的限定按键区域对齐。
7.一种电子装置，其特征在于，包括：
小键盘，所述小键盘包括：
小键盘触控面板，所述小键盘触控面板包括具有限定多个按键区域的触摸表面的介电层，及
邻近所述小键盘触控面板定位的多个按键电极和全局感测电极，其中所述多个按键电极分别与所述多个按键区域对齐，并且其中所述全局感测电极安置在所述多个按键电极的感测接近范围内以检测所述小键盘触控面板何时被电容性地激活；以及
控制器，所述控制器被配置成当所述全局感测电极检测到所述小键盘触控面板未被电容性地激活时在休眠模式下操作所述小键盘，并且当所述全局感测电极检测到所述小键盘触控面板被电容性地激活时在小键盘扫描模式下操作所述小键盘。
8.一种用于感测物体与小键盘的接近范围的方法，其特征在于，包括：
在低功率模式下，通过周期性地扫描安置在所述小键盘中的多个电容性按键电极周围或下方的小键盘感测电极以在所述物体电容性地激活所述小键盘时检测所述小键盘感测电极与所述多个电容性按键电极之间的串扰来操作所述小键盘；以及
在小键盘扫描模式下，通过循序扫描所述多个电容性按键电极以仅在检测到所述小键盘感测电极与所述多个电容性按键电极之间的串扰之后识别哪个电容性按键电极被所述物体电容性地激活来操作所述小键盘。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括当循序扫描所述多个电容性按键电极而检测到所述电容性地激活的电容性按键电极不再被所述物体电容性地激活时，将所述小键盘的操作恢复到所述低功率模式。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述低功率模式下操作所述小键盘包括在用于所述低功率模式的周期性扫描循环期间周期性地扫描所述小键盘感测电极和选自所述多个按键电极的单个电容性按键电极，以在每个周期性扫描循环从所述所选的单个电容性按键电极中测量基线参考电压。
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